石墨烯---新時代產業(yè)的“烯”望

發(fā)布時間：2021-10-19 15:14:32訪問：806

石墨烯的高速發(fā)展，備受國家重視，石墨烯正在成為一種令人興奮的先進材料，在軍事等兩個特定領域具有優(yōu)勢：力量保護和增加電池存儲容量。對于第一個區(qū)域，石墨烯作為彈道裝甲材料的潛力已經從機械強度研究中變得更加明顯。對于第二種，石墨烯相對較高電導率的研究直接導致電池存儲中更好的能量密度。

什么是石墨烯？

石墨烯是一個原子厚的緊密結合的碳原子層，排列成六邊形晶格。它是單個原子石墨層。石墨烯是特殊的，因為它具有sp2雜化和極薄的原子厚度，其特性使其非常堅固，比鋼強約200倍以及優(yōu)異的熱和電導體。

石墨烯中的碳碳鍵非常小且強大，以防止熱波動使其不穩(wěn)定。此外，該材料極其多樣化，可與其他元素結合，生產出具有一系列優(yōu)異性能的不同材料。對于石墨烯，各國研究人員都有著很高的期盼，希望在材料上，中國能夠盡快將石墨烯突破至能夠代替現在的芯片材料—硅。從硅時代到碳時代需要一個長期的過程，但最終會實現，并出現一個全新的時代，但如果還停留在老的思路上是無法實現超越的。

石墨烯的電子特性

石墨烯是數據半金屬材質，具有極高的導電性。蜂窩孔和電子都充當電荷載體。碳原子總共有六個電子，兩個在內殼中，四個在外殼中。單個碳原子中的四個外殼電子可用于化學試劑，但在石墨烯中，每個原子在平面上與三個碳原子連接，在第三個中保留一個電子。形成優(yōu)異的導電性。

測試表明，石墨烯的電子遷移率非常高，之前報道的結果高于15000Vs，理論上可能限制為200000Vs。據說石墨烯電子由于缺乏質量而在其移動性中起很像光子的作用。這些電荷載體可以在沒有散射的情況下行進亞微米距離，這種現象稱為彈道傳輸。然而，石墨烯的質量和所使用的基板是限制因素。例如，以二氧化硅為基材，遷移率可能限制在40000Vs。

石墨烯的發(fā)展趨勢

自2004年石墨烯分離以來，已有許多研究受到啟發(fā)。這種材料有許多可能的應用，例如電池和超級電容器，能量產生光伏電池，傳感器，膜，導電材料，藥物輸送，光子應用等，預計將繼續(xù)徹底改變整個行業(yè)。石墨烯也可用于下一代晶體管，電子器件等。