石墨烯的物理性質(zhì)是什么？石墨烯物理特性介紹？

石墨烯膜 2022年01月20日 09:46 8845 網(wǎng)絡(luò)整理

石墨烯物理特性一：電子效應(yīng)

石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm2/（V·s），是硅的10倍以上，是銻化銦（InSb）的兩倍以上。在某些特定條件下，如低溫，石墨烯的載流子遷移率甚至可以高達(dá)250000cm2/（V·s）。與許多材料不同，石墨烯的電子遷移率受溫度變化的影響較小。在50～500K的溫度范圍內(nèi)，單層石墨烯的電子遷移率約為15000cm2/（V·s）。

　　此外，通過(guò)電場(chǎng)作用改變化學(xué)勢(shì)，可以觀察到石墨烯中電子載流子和空穴載流子的半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)，科學(xué)家在室溫下觀察到了石墨烯的這種量子霍爾效應(yīng)。石墨烯中的載流子具有特殊的量子隧穿效應(yīng)，當(dāng)遇到雜質(zhì)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生后向散射，這是石墨烯具有局域超導(dǎo)電性和高載流子遷移率的原因。石墨烯中的電子和光子沒(méi)有靜態(tài)質(zhì)量，它們的速度是一個(gè)與動(dòng)能無(wú)關(guān)的常數(shù)。

　　石墨烯是一種零距離半導(dǎo)體，因?yàn)樗膶?dǎo)帶和價(jià)帶在狄拉克點(diǎn)相遇。在狄拉克點(diǎn)的六個(gè)位置，動(dòng)量空間的邊布里淵被分成兩組等價(jià)的三重態(tài)。相比之下，傳統(tǒng)半導(dǎo)體的要點(diǎn)通常是Γ，動(dòng)量為零。

石墨烯物理特性二：熱性能

石墨烯具有很好的導(dǎo)熱性。當(dāng)石墨烯用作載體時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)也可以達(dá)到600W/MK。此外，石墨烯的彈道導(dǎo)熱系數(shù)可以降低碳納米管每單位周長(zhǎng)和長(zhǎng)度的彈道導(dǎo)熱系數(shù)下限。

石墨烯物理特性三：內(nèi)部結(jié)構(gòu)

石墨烯中碳原子的排列與石墨單原子層相同，石墨單原子層由SP2雜化軌道結(jié)合，具有以下特點(diǎn)：碳原子有四個(gè)價(jià)電子，其中三個(gè)電子生成SP2鍵，即每個(gè)碳原子貢獻(xiàn)一個(gè)位于PZ軌道的未結(jié)合電子，相鄰原子的PZ軌道垂直于平面形成π鍵，新形成的π鍵為半填充。結(jié)果表明，石墨烯中碳原子的配位數(shù)為3，相鄰碳原子間的鍵長(zhǎng)為1.42×10-10m，鍵間夾角為120°。除了σ，除了蜂窩狀層狀結(jié)構(gòu)，其中鍵與其他碳原子連接成六角形環(huán)外，垂直于每個(gè)碳原子層平面的PZ軌道可以在整個(gè)層中形成多個(gè)原子的大π鍵（類(lèi)似于苯環(huán)），因此它具有優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)性能。

石墨烯物理特性4：力學(xué)性能

　　石墨烯是已知強(qiáng)度高的材料之一。同時(shí)它還具有良好的韌性和可彎曲性。石墨烯的理論楊氏模量為1.0tpa，固有抗拉強(qiáng)度為130gpa。經(jīng)氫等離子體改性的還原石墨烯也具有很好的強(qiáng)度，平均模量可大于0.25tpa。由石墨烯薄片組成的石墨紙有許多孔，所以石墨紙看起來(lái)很脆。然而，功能化石石墨烯是通過(guò)氧化得到的，那么由功能化石石墨烯制成的石墨紙就會(huì)變得非常堅(jiān)韌。

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