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石墨烯是半導(dǎo)體嗎 石墨烯是什么物質(zhì)

2024-08-14 15:51:08文/勾子木

石墨烯是碳的同素異形體,碳原子以sp2雜化鍵合形成單層六邊形蜂窩晶格石墨烯。利用石墨烯這種晶體結(jié)構(gòu)可以構(gòu)建富勒烯(C60)、石墨烯量子點(diǎn),碳納米管、納米帶、多壁碳納米管和納米角。

石墨烯是半導(dǎo)體嗎 石墨烯是什么物質(zhì)

石墨烯是半導(dǎo)體嗎

石墨烯是一種零距離半導(dǎo)體,因?yàn)樗膫鲗?dǎo)和價(jià)帶在狄拉克點(diǎn)相遇。在狄拉克點(diǎn)的六個(gè)位置動(dòng)量空間的邊緣布里淵區(qū)分為兩組等效的三份。相比之下,傳統(tǒng)半導(dǎo)體的主要點(diǎn)通常為Γ,動(dòng)量為零。

石墨烯是一種以sp2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性,在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景,被認(rèn)為是一種未來(lái)革命性的材料。

石墨烯是什么物質(zhì)

石墨烯(Graphene)是碳的同素異形體,碳原子以sp2雜化鍵合形成單層六邊形蜂窩晶格石墨烯。利用石墨烯這種晶體結(jié)構(gòu)可以構(gòu)建富勒烯(C60)、石墨烯量子點(diǎn),碳納米管、納米帶、多壁碳納米管和納米角。堆疊在一起的石墨烯層(大于10層)即形成石墨,層間通過(guò)范德華力保持在一起,晶面間距0.335納米。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性,在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景,被認(rèn)為是一種未來(lái)革命性的材料。

石墨烯是已知強(qiáng)度最高的材料之一,同時(shí)還具有很好的韌性,且可以彎曲,石墨烯的理論楊氏模量達(dá)1.0TPa,固有的拉伸強(qiáng)度為130GPa。而利用氫等離子改性的還原石墨烯也具有非常好的強(qiáng)度,平均模量可達(dá)0.25TPa。由石墨烯薄片組成的石墨紙擁有很多的孔,因而石墨紙顯得很脆,然而,經(jīng)氧化得到功能化石墨烯,再由功能化石墨烯做成石墨紙則會(huì)異常堅(jiān)固強(qiáng)韌。

石墨烯的用途

石墨烯對(duì)物理學(xué)基礎(chǔ)研究有著特殊意義,它使得一些此前只能在理論上進(jìn)行論證的量子效應(yīng)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)經(jīng)行驗(yàn)證。在二維的石墨烯中,電子的質(zhì)量仿佛是不存在的,這種性質(zhì)使石墨烯成為了一種罕見的可用于研究相對(duì)論量子力學(xué)的凝聚態(tài)物質(zhì)——因?yàn)闊o(wú)質(zhì)量的粒子必須以光速運(yùn)動(dòng),從而必須用相對(duì)論量子力學(xué)來(lái)描述,這為理論物理學(xué)家們提供了一個(gè)嶄新的研究方向:一些原來(lái)需要在巨型粒子加速器中進(jìn)行的試驗(yàn),可以在小型實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用石墨烯進(jìn)行。

零能隙的半導(dǎo)體主要是單層石墨烯,這種電子結(jié)構(gòu)會(huì)嚴(yán)重影響到氣體分子在其表面上的作用。單層石墨烯較體相石墨表面反應(yīng)活性增強(qiáng)的功能是由石墨烯的氫化反應(yīng)和氧化反應(yīng)結(jié)果顯示出來(lái)的,說(shuō)明石墨烯的電子結(jié)構(gòu)可以調(diào)變其表面的活性。另外,石墨烯的電子結(jié)構(gòu)可以通過(guò)氣體分子吸附的誘導(dǎo)而發(fā)生相應(yīng)的變化,其不但對(duì)載流子的濃度進(jìn)行改變,同時(shí)可以摻雜不同的石墨烯。

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