第一章 石墨烯性能及相关概念 1 石墨烯概念 石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯狭义上指单层石墨，厚度为0.335nm，仅有一层碳原子。但实际上，10 层以内的石墨结构也可称作石墨烯，而10 层以上的则被称为石墨薄膜。单层石墨烯是指只有一个碳原子层厚度的石墨，碳原子-碳原子之间依靠共价键相连接而形成蜂窝状结构。完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构，由六边形晶格组成，理论比表面积高达2.6×102 m2 /g。石墨烯具有优异的导热性能(3×103W/(m•K))和力学性能(1.06×103 GPa)。此外，石墨烯稳定的正六边形晶格结构使其具有优良的导电性，室温下的电子迁移率高达1.5×104 cm2 / (V·s)。石墨烯特殊的结构、突出的导热导电性能和力学性能，引起科学界巨大兴趣，成为材料科学研究热点。 石墨烯结构图 2 石墨烯结构 石墨烯指仅有一个原子尺度厚单层石墨层片，由 sp2 杂化的碳原子紧密排列而成的蜂窝状晶体结构。 石墨烯中碳 -碳键长约为 0.142nm。每个晶格内有三个σ 键，连接十分牢固形成了稳定的六边状。垂直于晶面方向上的π 键在石墨烯导电的过程中起到了很大的作用。石墨烯是石墨、碳纳米管、富勒烯的基本组成单元，可以将它看做一个无限大的芳香族分子，平面多环烃的极限情况就是石墨烯。 形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构，看上去就像一张六边形网格构成的平面。在单层石墨烯中，每个碳原子通过 sp2 杂化与周围碳原子成键给构整流变形，每一个六边单元实际上类似苯环，碳原子都贡献出个一个未成键电子。单层石墨烯厚度仅0.35nm ，约为头发丝直径的二十万分之一。 石墨烯的结构非常稳定，碳原子之间连接及其柔韧。受到外力时，碳原子面会发生弯曲变形，使碳原子不必重新排列来适 应 外力，从 而保 证 了自 身的结构稳定性 。 石墨烯是有限结构，能 够 以纳米级 条 带 形式 存 在。纳米条 带 中电荷 横 向移 动 时会在中性 点 附 近 产 生一个能 量 势 垒 ，势 垒 随 条 带 宽 度的减 小 而增 大。因 此 ，通过控 制 石墨烯条 带 的宽 度便 可以进 一步 得 到需 要 的势 垒 。这 一特 性是开 发以石墨烯为基础 的电子器 件 的基础 。 石墨烯能带结构图 3 石墨烯性能 石墨烯是一种超轻材料，面密度为0.77mg/m2，的主要性能是： 一是具有超强的导电性。石...
