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石墨烯是一種由單層碳原子SP2雜化堆積成的具有二維蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料。理想的石墨烯結(jié)構(gòu)是平面六邊形點陣，每個碳原子都與３個相鄰的碳原子之間形成３個連接十分牢固的σ鍵，剩余的一個Ｐ電子在垂直石墨烯平面的方向上，與周圍原子形成貫穿全層的大π鍵，此電子可以自由移動，賦予石墨烯良好的導(dǎo)電性。石墨烯因其獨特的二維晶體結(jié)構(gòu)，具有很多優(yōu)異的性能。
1、石墨烯制備方法：這幾年石墨烯的制備方法不斷被改進(jìn)，以便能制備出層數(shù)可控、大面積、高質(zhì)量、低成本的石墨烯。目前主要使用的方法有剝離法、化學(xué)氣相沉積法、還原氧化石墨法、外延生長法、溶液合成法、刨開納米管法等，其各有優(yōu)缺點。
1.1剝離法：從堆積的石墨中剝離獲得石墨烯，工藝簡單、制作成本低，是最經(jīng)濟(jì)的方式。主要的剝離法有機(jī)械剝離、電化學(xué)剝離、熱膨脹剝離和溶劑剝離法等。其中機(jī)械剝離法最為常用，通過外力的作用，從石墨晶體表面剝離出石墨烯層，轉(zhuǎn)移到載體表面獲得石墨烯。
1.2還原氧化石墨法：石墨與強(qiáng)氧化劑反應(yīng)后，會在其邊緣接上一些官能團(tuán)，或者層間插入一些物質(zhì)，能更容易地剝離出氧化石墨烯然后還原得到石墨烯，反應(yīng)中所使用的還原劑決定產(chǎn)物的質(zhì)量。還原氧化石墨法以成本低、產(chǎn)率高、利于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點成為熱門的方法。
1.3化學(xué)氣相沉積法：一種通過化學(xué)反應(yīng)高溫分解含碳的化合物在基片上生長石墨烯的技術(shù)，以其產(chǎn)物面積大、導(dǎo)電率高成為制備石墨烯的一種主要方法，尤其是以SiO2為基體所制備的石墨烯是重要的電設(shè)備材料，但所需的反應(yīng)溫度較高。
1.4外延生長法：在單晶表面外延生長石墨烯，再通過化學(xué)刻蝕將其從基片上轉(zhuǎn)移下來。主要是加熱SiC單晶表面，脫附Si原子來制備石墨烯，也有用到NiC的。但是SiC單晶表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難得到大面積、厚度均一的石墨烯。
2、石墨烯的應(yīng)用
基于石墨烯所具有的優(yōu)良性能以及其制備方法的日漸成熟，石墨烯成為高速晶體管、高靈敏度傳感器、超級電容器、復(fù)合材料、H2儲存以及高效太陽能電池等器件的核心材料。
2.1晶體管
石墨烯遠(yuǎn)比硅高的載流子遷移率，零禁帶特性、僅0.34nm的極薄的厚度，尤其是特有的超大比表面積使其對于制備大規(guī)模集成設(shè)備很有優(yōu)勢。
2.2超級電容器
石墨烯具有良好的導(dǎo)電性和超大的比表面積，同時其片之間形成的微孔結(jié)構(gòu)利于電解液滲透和電子傳輸，是超級電容器的理想電極材料。
2.3傳感器
石墨烯因其獨特的二維結(jié)構(gòu)在傳感器中有廣泛應(yīng)用，具有體積小、表面積大、靈敏度高、響應(yīng)時間快、電子傳遞快、易于固定蛋白質(zhì)并保持其活性等特點，能提升傳感器發(fā)各項性能。
2.4太陽能電池
由于石墨烯在寬的波長范圍內(nèi)具有很高的透過率和載流子遷移率，結(jié)合優(yōu)異的力學(xué)性能和穩(wěn)定性，因而是有望替代有毒、價格昂貴、對酸性和中性環(huán)境敏感、熱穩(wěn)定性較差、吸收光譜范圍較小的氧化銦錫，是理想的透明電極材料。
2.5生物醫(yī)學(xué)
石墨烯及其衍生物在納米藥物運(yùn)輸系統(tǒng)、生物檢測、生物成像、腫瘤治療方面的應(yīng)用廣闊。以石墨烯為基層的生物裝置或生物傳感器可以用于細(xì)菌分析、DNA和蛋白質(zhì)檢測。
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