一、石墨烯定義歸納起來有三種說法,如下:
(1)“學(xué)術(shù)”界的定義(“百度”網(wǎng)上的解說)石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。
(2)石墨烯聯(lián)盟(中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟)標(biāo)準(zhǔn)(Q/LM01CGS001-2013)的定義
?單層石墨烯是指由一層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)(即六角形蜂巢結(jié)構(gòu))周期性緊密堆積的碳原子構(gòu)成的一種二維碳材料。(Graphene)
?雙層石墨烯是指由兩層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)(即六角形蜂巢結(jié)構(gòu))周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式(包括AB堆垛,AA堆垛,AA‘堆垛等)堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。(Bilayer or double-layer graphene)
?少層石墨烯是指由3-10層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)(即六角形蜂巢結(jié)構(gòu))周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛,ABA堆垛等)堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。(Few-layer or multi-layer graphene)
?石墨烯(Graphene) 是一種二維碳材料,是由以上定義的單層石墨烯、雙層石墨烯和少層石墨烯的統(tǒng)稱。
注意:由10層單層石墨烯構(gòu)成的材料其電子能帶結(jié)構(gòu)已經(jīng)逼近其三維極限。(超過10層的則為石墨)
?單層石墨烯的厚度為0.35 nm,1 mm石墨大約包含300萬層石墨烯。
(3)“通用”定義。
石墨烯是以苯環(huán)結(jié)構(gòu)(即六角形蜂巢結(jié)構(gòu))周期性緊密堆積的碳原子構(gòu)成的一種二維碳材料。包括單層石墨烯、雙層石墨烯和少層石墨烯(3-10層)。
二、石墨烯的部分性能如下:
??。?/span>1 mm石墨可含300萬層石墨烯。單層石墨烯厚度0.35 nm。如用1m2石墨烯做吊床,重量不足1 mg,可承受1 kg的貓。1 oz石墨可覆蓋28個(gè)足球場(chǎng)。
?硬:硬度甚至超過金剛石。斷裂強(qiáng)度125 GPa,比最好的鋼材高200倍。
?致密:即使最小的氣體原子(氦)也無法滲透。
?透光:可見光透過率超過97%,幾乎完全透光,只吸收2.3%的光。
?導(dǎo)電性:比銀高30~100倍。
?電阻率:10-8Ω.cm,比銅、銀還低,是世界上電阻率最小的材料。
?導(dǎo)熱系數(shù):5300 W/(m.K),高于碳納米管和金剛石。
?彎曲性:可彎大角度不斷裂。
?電子運(yùn)動(dòng):被限制在一個(gè)平面上(因?yàn)槭┦菃螌釉?,二維結(jié)構(gòu))。電流傳遞是光速的1/300。
?“魔角”:將雙層石墨烯扭轉(zhuǎn)成特定角度,即所謂“魔角”,材料會(huì)在1.7K時(shí)變成超導(dǎo)體。(麻省理工大學(xué)博士曹原的石墨烯超導(dǎo)重大發(fā)現(xiàn))
?載流子遷移率:20萬cm2/V?S,是硅材料的100倍。載流子遷移率是目前已知的最高物質(zhì)銻化銦(InSb)兩倍以上。
?溶解性:在非極性溶劑中,溶解性良好。
三、石墨烯的部分應(yīng)用如下:
(1)石墨烯實(shí)質(zhì)是一種透明、良好的導(dǎo)體,適用制造透明的觸控屏幕、光板、太陽能電池。
(2)石墨烯電池,充電8 min,電動(dòng)車可行駛1000 km。
(3)石墨烯作為電容充電,充電速度是鋰電池的100-1000倍,幾分鐘即能完成智能手機(jī)充電。充電幾分鐘,通話十小時(shí)。
(4)石墨烯用作電池兩極,續(xù)航能力會(huì)是普通電池的十多倍。
(5)石墨烯作為彎曲屏幕。
(6)石墨烯滲入到塑膠里,滲入1%,塑膠具有良好導(dǎo)電性,抗熱性能提高30 ℃。
(7)石墨烯用作過濾裝置,可淡化海水(石墨烯有超強(qiáng)的吸附性)。
(8)石墨烯感光元件比傳統(tǒng)強(qiáng)1000倍。
(9)石墨烯晶體管、傳感器、半導(dǎo)體器件、圓晶芯片……陸續(xù)問世。