第1个回答 2024-05-01
1. 石墨烯是由碳原子以sp²杂化轨道组成的六角型蜂巢晶格结构的二维碳纳米材料。这种材料因其卓越的光学、电学和力学特性，在材料科学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等多个领域展现出巨大的应用潜力，被广泛认为是一种具有革命性的未来材料。
2. 2010年诺贝尔物理学奖授予了英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们成功从石墨中分离出石墨烯，这一突破性成果是通过差陵微机械剥离法实现的。
3. 石墨烯的生产方法包括机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法用于生产粉体，以及化学气相沉积法（CVD）用于生产薄膜。
4. 石墨烯的基本结构单元是由碳六元环组成的两维（2D）周期蜂窝状点阵结构，这种结构不仅稳定，而且可以形成零维（0D）的富勒烯、一维（1D）的碳纳米管（CNT），或者三维（3D）的石墨。因此，石墨烯被视为构成其他石墨材料的基本单元，是理想的二维纳米材料。
5. 石墨烯的晶格结构是平面的六边形点阵，每个碳原子通过sp²杂化形成σ键，并且贡献一个p轨道上的电子形成大π键。这些π电子能够自由移动，从而赋予石墨烯出色的导电性。
6. 石墨烯内部的碳原子之间连接非常柔韧，当受到外力作用时，碳原子面可以弯曲变形，而无需重新排列以适应外力，从而保持结构的稳定性。这种稳定的晶格结构也使得石墨烯具有优异的导热性。
7. 科学家们首次成功拍摄到单个分子的清晰照片，并能够看到将分子结构紧密连接在一起的原子键。IBM位于瑞士苏黎世的研究实验室利用“非接触式原子力显微术”探索分子的内部情况，将分子和原子的研究推向了最小尺度，这对石墨烯设备的研究具有重要意义。
8. 在绝对零度下，石墨烯的能带结构是半导体的价带满带（即完全被电子占据）。当受到光电或热激发时，部分价带中的电子会越过禁带进入能量较高的导带，形成电子-空穴对，导带中的电子和价带中的空穴合称为电荷载体。详情