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解析“万能”石墨烯:为何备受推崇?
时间:2022-02-19 00:44 点击次数:
本文摘要:手机电池只需几秒钟?史上最厚电灯泡?光驱动飞行器?关于石墨烯非凡应用于的新闻大大经常出现在人们的视野当中,或许石墨烯早已沦为了无所不能的超级材料。石墨烯到底是什么,究竟有什么特性让它倍受尊崇?图1:石墨烯原子结构示意图 1.传说中的石墨烯究竟是什么? 石墨烯与石墨之间有类似的亲缘关系。石墨这种材料大家有可能都较为熟知,比如说铅笔芯、干电池内部的电极等,其主要成分就是石墨。从微观结构来看,石墨是一种层状材料,由一层一层的碳原子填充而出。

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手机电池只需几秒钟?史上最厚电灯泡?光驱动飞行器?关于石墨烯非凡应用于的新闻大大经常出现在人们的视野当中,或许石墨烯早已沦为了无所不能的超级材料。石墨烯到底是什么,究竟有什么特性让它倍受尊崇?图1:石墨烯原子结构示意图  1.传说中的石墨烯究竟是什么?  石墨烯与石墨之间有类似的亲缘关系。石墨这种材料大家有可能都较为熟知,比如说铅笔芯、干电池内部的电极等,其主要成分就是石墨。从微观结构来看,石墨是一种层状材料,由一层一层的碳原子填充而出。

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对于每一层而言,其中的碳原子之间以稳固的共价键结合,十分平稳。而层与层之间则是以一种较为黯淡的作用力互相融合的,从而使得层与层之间较为更容易瓦解进。因此,薄的石墨是可以很更容易地离解成薄的石墨片的。

那么,石墨的这种结构就可以形象地转换出一本书,书中的每页纸就转换成一层碳原子。而我们要谈的石墨烯就是石墨这本书之中的一页纸。

  那么这页纸有何奇特之处,使之获得诺贝尔奖的注目呢?最关键就在于石墨烯这页纸类似的结构。首先,石墨烯只有一个原子层的厚度,是人类制取出有的第一种确实意义上的二维材料,政治宣传了传统理论中自然界中显然不有可能寻找平稳不存在的二维晶体材料这一结论。第二,石墨烯中的碳原子是以六角蜂窝的形状按规则排序的(如图一),这种排序方式造成石墨烯享有十分类似的电子能带结构,从而使其蕴藏了非常丰富而新奇的物理现象与性质。在凝聚态领域中,材料的电子特性大都用薛定谔方程就可以充份叙述。

但是石墨烯是个值得注意,石墨烯中的电子输送遵循的是狄拉克方程,其中的载流子是无质量,是类似于相对论性质的粒子,其有效地速度相似于光速。这种材料的找到毫无疑问为凝聚态物理中修筑了一块全新的领域。  2.万能材料石墨烯,万能在哪?  从材料科学的层面谈,石墨烯具备许多类似而出色的性质,从而具备普遍的应用于前景。

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在此试举几例:  (1)石墨烯具备超高的载流子迁移率和热导率,迁移率是传统硅基材料的几十甚至几百倍。载流子迁移率对于微电子器件来说是一项极为关键的参数,若是迁移率过较低,将不会造成产热相当严重、号召频率低落等后果。因此,由于迁移率低、导电好,石墨烯被指出是一种理想的电子器件材料。

  (2)在航天科学领域中,石墨烯可以被当作保护层覆盖面积在一些元件的表面,用来减少因宇宙射线唤起的二次电子。


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