石墨烯目前是一種熱門材料，起用途也是它的特性決定的，首先石墨烯不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅硬；其次作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。

應(yīng)用前景可做太空電梯纜線據(jù)科學(xué)家稱，地球上很容易找到石墨原料，而石墨烯堪稱是人類已知的強度最高的物質(zhì)，它將擁有眾多令人神往的發(fā)展前景。它不僅可以開發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機材料、可以制造出超堅韌的防彈衣，甚至還為太空電梯纜線的制造打開了一扇阿里巴巴之門。美國研究人員稱，太空電梯的最大障礙之一，就是如何制造出一根從地面連向太空衛(wèi)星、長達23000英里并且足夠強韌的纜線，美國科學(xué)家證實，地球上強度最高的物質(zhì)石墨烯完全適合用來制造太空電梯纜線！人類通過太空電梯進入太空，所花的成本將比通過火箭升入太空便宜很多。為了激勵科學(xué)家發(fā)明出制造太空電梯纜線的堅韌材料，美國NASA此前還發(fā)出了400萬美元的懸賞。

代替硅生產(chǎn)超級計算機

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，石墨烯還是目前已知導(dǎo)電性能最出色的材料。石墨烯的這種特性尤其適合于高頻電路。高頻電路是現(xiàn)代電子工業(yè)的領(lǐng)頭羊，一些電子設(shè)備，例如手機，由于工程師們正在設(shè)法將越來越多的信息填充在信號中，它們被要求使用越來越高的頻率，然而手機的工作頻率越高，熱量也越高，于是，高頻的提升便受到很大的限制。由于石墨烯的出現(xiàn)，高頻提升的發(fā)展前景似乎變得無限廣闊了。這使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。研究人員甚至將石墨烯看作是硅的替代品，能用來生產(chǎn)未來的超級計算機。

光子傳感器

石墨烯還可以以光子傳感器的面貌出現(xiàn)在更大的市場上，這種傳感器是用于檢測光纖中攜帶的信息的，現(xiàn)在，這個角色還在由硅擔(dān)當(dāng)，但硅的時代似乎就要結(jié)束。去年10月，IBM的一個研究小組首次披露了他們研制的石墨烯光電探測器，接下來人們要期待的就是基于石墨烯的太陽能電池和液晶顯示屏了。因為石墨烯是透明的，用它制造的電板比其他材料具有更優(yōu)良的透光性。

其它應(yīng)用

石墨烯還可以應(yīng)用于晶體管、觸摸屏、基因測序等領(lǐng)域，同時有望幫助物理學(xué)家在量子物理學(xué)研究領(lǐng)域取得新突破。中國科研人員發(fā)現(xiàn)細菌的細胞在石墨烯上無法生長,而人類細胞卻不會受損。利用這一點石墨烯可以用來做繃帶,食品包裝甚至抗菌T恤；用石墨烯做的光電化學(xué)電池可以取代基于金屬的有機發(fā)光二極管,因石墨烯還可以取代燈具的傳統(tǒng)金屬石墨電極,使之更易于回收。這種物質(zhì)不僅可以用來開發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機材料、制造出超堅韌的防彈衣，甚至能讓科學(xué)家夢寐以求的2.3萬英里長太空電梯成為現(xiàn)實。
　　石墨烯-特性

　　電子運輸

　　石墨烯結(jié)構(gòu)示意圖在發(fā)現(xiàn)石墨烯以前，大多數(shù)（如果不是所有的話）物理學(xué)家認為，熱力學(xué)漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發(fā)現(xiàn)立即震撼了凝聚態(tài)物理界。雖然理論和實驗界都認為完美的二維結(jié)構(gòu)無法在非絕對零度穩(wěn)定存在，但是單層石墨烯在實驗中被制備出來。這些可能歸結(jié)于石墨烯在納米級別上的微觀扭曲。

　　石墨烯還表現(xiàn)出了異常的整數(shù)量子霍爾行為。其霍爾電導(dǎo)=2e2/h,6e2/h,10e2/h....為量子電導(dǎo)的奇數(shù)倍，且可以在室溫下觀測到。這個行為已被科學(xué)家解釋為“電子在石墨烯里遵守相對論量子力學(xué)，沒有靜質(zhì)量”。

　　導(dǎo)電性

　　石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。

　　石墨烯最大的特性是其中電子的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導(dǎo)體中的運動速度。這使得石墨烯中的電子，或更準確地，應(yīng)稱為“載荷子”(electricchargecarrier)，的性質(zhì)和相對論性的中微子非常相似。

　　石墨烯有相當(dāng)?shù)牟煌该鞫龋嚎梢晕沾蠹s2.3%的可見光。而這也是石墨烯中載荷子相對論性的體現(xiàn)。

　　機械特性

　　石墨烯是人類已知強度最高的物質(zhì)，比鉆石還堅硬，強度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)家對石墨烯的機械特性進行了全面的研究。在試驗過程中，他們選取了一些之間在10—20微米的石墨烯微粒作為研究對象。研究人員先是將這些石墨烯樣品放在了一個表面被鉆有小孔的晶體薄板上，這些孔的直徑在1—1.5微米之間。之后，他們用金剛石制成的探針對這些放置在小孔上的石墨烯施加壓力，以測試它們的承受能力。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，在石墨烯樣品微粒開始碎裂前，它們每100納米距離上可承受的最大壓力居然達到了大約2.9微牛。據(jù)科學(xué)家們測算，這一結(jié)果相當(dāng)于要施加55牛頓的壓力才能使1米長的石墨烯斷裂。如果物理學(xué)家們能制取出厚度相當(dāng)于普通食品塑料包裝袋的（厚度約100納米）石墨烯，那么需要施加差不多兩萬牛的壓力才能將其扯斷。換句話說，如果用石墨烯制成包裝袋，那么它將能承受大約兩噸重的物品。

　　電子的相互作用

　　利用世界上最強大的人造輻射源，美國加州大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)和勞倫斯·伯克利國家實驗室的物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了石墨烯特性新秘密：石墨烯中電子間以及電子與蜂窩狀柵格間均存在著強烈的相互作用。

　　科學(xué)家借助了美國勞倫斯伯克利國家實驗室的“先進光源（ALS）”電子同步加速器。這個加速器產(chǎn)生的光輻射亮度相當(dāng)于醫(yī)學(xué)上X射線強度的1億倍。科學(xué)家利用這一強光源觀測發(fā)現(xiàn)，石墨烯中的電子不僅與蜂巢晶格之間相互作用強烈，而且電子和電子之間也有很強的相互作用。[1]

　　石墨烯-研究成果

　　中國

　　石墨烯薄膜在國家自然科學(xué)基金委員會、科技部和中國科學(xué)院的資助下，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家（聯(lián)合）實驗室先進炭材料研究部研究員成會明、任文才研究小組在石墨烯的控制制備、結(jié)構(gòu)表征與物性的研究方面取得了一系列新的進展，相關(guān)的研究成果發(fā)表在國際期刊上。

　　該論文被美國化學(xué)會的ACSNano雜志選為該期“亮點”進行了重點介紹；同時也被《自然—中國》選為來自中國大陸和香港的突出科研成果，《自然—中國》化學(xué)領(lǐng)域的評論員VickiCleave博士撰文寫道：“來自中國科學(xué)院的任文才、成會明及其合作者提出了一種快速、無損、可進行大面積石墨烯表征的光學(xué)方法，該工作有助于確定和制備適于應(yīng)用的理想石墨烯樣品。”

　　韓國

　　韓國研究人員09年7月發(fā)現(xiàn)了一種制備大尺寸石墨烯薄膜的方法。

　　由韓國成均館大學(xué)和三星先進技術(shù)研究院的研究人員制備出的這種最新石墨烯薄膜有1厘米厚，透光率達80%；在彎曲或延展過程中，它不僅不會斷裂，其電學(xué)特性也不會有任何改變。他們的這一成果已于1月14日發(fā)表在英國《自然》雜志網(wǎng)絡(luò)版上。[1]

　　石墨烯-應(yīng)用

　　石墨烯的應(yīng)用范圍很廣，從電子產(chǎn)品到防彈衣和造紙，甚至未來的太空電梯都可以以石墨烯為原料。

　　1.可做“太空電梯”纜線

　　據(jù)科學(xué)家稱，地球上很容易找到石墨原料，而石墨烯堪稱是人類已知的強度最高的物質(zhì)，它將擁有眾多令人神往

　　太空電梯的發(fā)展前景。它不僅可以開發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機材料、可以制造出超堅韌的防彈衣，甚至還為“太空電梯”纜線的制造打開了一扇“阿里巴巴”之門。美國研究人員稱，“太空電梯”的最大障礙之一，就是如何制造出一根從地面連向太空衛(wèi)星、長達23000英里并且足夠強韌的纜線，美國科學(xué)家證實，地球上強度最高的物質(zhì)“石墨烯”完全適合用來制造太空電梯纜線。

　　人類通過“太空電梯”進入太空，所花的成本將比通過火箭升入太空便宜很多。為了激勵科學(xué)家發(fā)明出制造太空電梯纜線的堅韌材料，美國NASA此前還發(fā)出了400萬美元的懸賞。

　　2.代替硅生產(chǎn)超級計算機

　　據(jù)科學(xué)家稱，石墨烯除了異常牢固外，還具有一系列獨一無二的特性，石墨烯還是目前已知導(dǎo)電性能最出色的材料，這使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。研究人員甚至將石墨烯看作是硅的替代品，能用來生產(chǎn)未來的超級計算機。

　　IBM宣布研發(fā)出號稱全世界速度最快的石墨烯(graphene)場效晶體管(FET)，可在26GHz頻率下運作。該公司ThomasJ.Watson研究中心的研究人員并預(yù)測，碳元素更高的電子遷移率，可望使該種材料超越硅的極限，達到100GHz以上的速度跨入兆赫(terahertz)領(lǐng)域。

　　石墨烯-榮獲諾貝爾獎

　　2010年10月5日，英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家康斯坦丁·諾沃肖洛夫和安德烈·海姆因在石墨烯方面的研究榮獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎。[2]

　　石墨烯-部分石墨烯研究成果

　　2009年12月1日在美國召開的材料科學(xué)國際會議上，日本富士通研究所宣布，他們用石墨烯制作出了幾千個晶體管。富士通研究所的研究人員將原料氣體吹向事先涂有用做催化劑的鐵的襯底，在這種襯底上制成大面積石墨烯薄膜。大面積的石墨烯制備一直是個難題。富士通用上述方法制成了高質(zhì)量的7.5厘米直徑的石墨烯膜。在此基礎(chǔ)上，再配置電極和絕緣層，制成了石墨烯晶體管。由于石墨烯面積較大，富士通在上面制成了幾千個晶體管。石墨烯晶體管比硅晶體管功耗低和運行速度快，可制作出性能優(yōu)良的半導(dǎo)體器件。如果改進技術(shù)后有望進一步擴大石墨烯面積，這樣能夠制作出更多的晶體管和石墨烯集成電路，為生產(chǎn)高檔電子產(chǎn)品創(chuàng)造了條件。2009年11月日本東北大學(xué)與會津大學(xué)通過合作研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯可產(chǎn)生太赫茲光的電磁波。研究人員在硅襯底上制作了石墨烯薄膜，將紅外線照射到石墨烯薄膜上，只需很短時間就能放射出太赫茲光。如果今后能夠繼續(xù)改進技術(shù)，使光源強度進一步增大，將開發(fā)出高性能的激光器。研究團隊在硅襯底上使用有機氣體制作一層碳硅化合物。然后，進行熱處理，使其生長出石墨烯的薄膜。該石墨烯薄膜只需極短暫的時間照射紅外線，就能從石墨烯上發(fā)送出太赫茲光。目前，該團隊正致力于開發(fā)能將光粒封閉在內(nèi)部，使光源強度增加的器件，期望能夠開發(fā)出在接近室溫條件下可工作的太赫茲激光器。2010年，美國萊斯大學(xué)利用該石墨烯量子點，制作單分子傳感器。萊斯大學(xué)將石墨烯薄片與單層氦鍵合，形成石墨烷。石墨烷是絕緣體。氦使石墨烯由導(dǎo)體變換成為絕緣體。研究人員移除石墨烯薄片兩面的氦原子島，就形成了被石墨烷絕緣體包圍的、微小的導(dǎo)電的石墨烯阱。該導(dǎo)電的石墨烯阱就可作為量子阱。量子點的半導(dǎo)體特性要優(yōu)于體硅材料器件。這一技術(shù)可用來制作化學(xué)傳感器、太陽能電池、醫(yī)療成像裝置或是納米級電路等。
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