石墨烯的基本特性是什么?
石墨烯具有完美的二維晶體結構,它的晶格是由六個碳原子圍成的六邊形,厚度為一個原子層。碳原子之間由σ鍵銜接,結合辦法為sp2雜化,這些σ鍵賦予了石墨烯極端優(yōu)異的力學性質和結構剛性。石墨烯的硬度比最好的鋼鐵強100倍,乃至還要超過鉆石。在石墨烯中,每個碳原子都有一個未成鍵的p電子,這些p電子可以在晶體中自由移動,且運動速度高達光速的1/300,賦予了石墨烯杰出的導電性。石墨烯是新一代的通明導電資料,在可見光區(qū),四層石墨烯的透過率與傳統(tǒng)的ITO薄膜相當,在其它波段,四層石墨烯的透過率遠遠高于ITO薄膜。
石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的納米資料,它幾乎是徹底通明的,只吸收2.3%的光;導熱系數高達5300W/m·K,高于碳納米管和金剛石,常溫下其電子搬遷率超過15000cm2/V·s,又比納米碳管或硅晶體高,而電阻率只約10-6Ω·cm,比銅或銀更低,為世上電阻率最小的資料。因其電阻率極低,電子搬遷的速度極快,因而被等待可用來發(fā)展更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。因為石墨烯實質上是一種通明、杰出的導體,也適合用來制作通明觸控屏幕、光板、乃至是太陽能電池。
石墨烯的呈現在科學界激起了巨大的波瀾。人們發(fā)現,石墨烯具有非同尋常的導電功能,超出鋼鐵數十倍的強度和極好的透光性,它的呈現有望在現代電子科技領域引發(fā)一輪革新。在石墨烯中,電子可以極為高效地搬遷,而傳統(tǒng)的半導體和導體,例如硅和銅遠沒有石墨烯表現得好。因為電子和原子的磕碰,傳統(tǒng)的半導體和導體用熱的形式釋放了一些能量,2013年一般的電腦芯片以這種辦法浪費了72%-81%的電能,石墨烯則不同,它的電子能量不會被損耗,這使它具有了非比尋常的優(yōu)良特性。
石墨烯獨特的功能與其電子能帶結構嚴密相關。以獨立碳原子為基,將周圍碳原子發(fā)生的勢作為微擾,可以用矩陣的辦法計算出石墨烯的能級散布。在狄拉克點(Dirac Point)鄰近打開,可得能量與波矢呈線性聯系(類似于光子的色散聯系),且在狄拉克點呈現奇點(singularity)。這意味著在費米面鄰近,石墨烯中電子的有用質量為零,這也解說了該資料獨特的電學等性質。

