根據科學家的說法，在地球上很容易找到石墨的原料，而石墨烯是人類已知的最強物質，它將擁有許多迷人的發展前景。它不僅能研發制造薄如紙的超輕型飛機材料，還能制造出超堅韌的防彈衣，甚至為制造“太空電梯”電纜打開了壹扇“阿裏巴巴”的大門。美國研究人員表示，“太空電梯”的最大障礙之壹是如何制造壹根長達23000英裏、足夠堅固的電纜，從地面連接到太空衛星。美國科學家證實，地球上最強的物質石墨烯完全適合制作太空電梯電纜！人類通過“太空電梯”進入太空，將比通過火箭進入太空便宜得多。為了鼓勵科學家發明制造太空電梯電纜的堅韌材料，美國國家航空航天局此前曾懸賞400萬美元。
生產超級計算機而不是矽
科學家發現，石墨烯仍然是目前已知的最好的導電材料。石墨烯的這種特性特別適合高頻電路。高頻電路是現代電子工業的龍頭。壹些電子設備，如手機，被要求使用越來越高的頻率，因為工程師們正試圖將越來越多的信息填充到信號中。但是手機工作頻率越高，發熱量也就越高，所以高頻的推廣受到很大限制。由於石墨烯的出現，高頻增強的發展前景似乎無限廣闊。這使得它在微電子領域具有巨大的應用潛力。研究人員甚至將石墨烯視為矽的替代品，可以用於生產未來的超級計算機。
光子傳感器
石墨烯還可以作為光子傳感器出現在更大的市場，用於檢測光纖中攜帶的信息。現在，這個角色還是由矽來扮演，但矽的時代似乎要結束了。去年5438年6月+10月，IBM的壹個研究小組首次公開了他們研發的石墨烯光電探測器。接下來，人們不得不期待基於石墨烯的太陽能電池和液晶顯示器。因為石墨烯是透明的，所以石墨烯制成的電極比其他材料具有更好的透光性。
其他應用
石墨烯還可用於晶體管、觸摸屏、基因測序等領域，有望幫助物理學家在量子物理研究領域取得新突破。中國的研究人員發現，細菌細胞無法在石墨烯上生長，而人類細胞卻沒有受損。石墨烯可以用來制作繃帶、食品包裝，甚至抗菌t恤。石墨烯制成的光電化學電池可以取代金屬基有機發光二極管，因為石墨烯還可以取代傳統的燈具金屬石墨電極，更容易回收利用。這種材料不僅可以用於開發和制造紙壹樣薄的超輕型飛機材料，還可以制造超堅韌的防彈衣，甚至可以讓科學家夢想的23000英裏長的太空電梯成為現實。
石墨烯-特性
電子運輸
石墨烯結構示意圖在石墨烯發現之前，大多數(如果不是全部)物理學家認為熱力學漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。因此，它的發現立即震驚了凝聚態物理學界。雖然理論界和實驗界都認為完美的二維結構不可能在非絕對零度下穩定存在，但實驗中還是制備了單層石墨烯。這些可能歸因於石墨烯在納米水平上的微觀扭曲。
石墨烯也表現出反常的整數量子霍爾行為。霍爾電導=2e2/h、6e2/h、10e2/h...是量子電導的奇數倍，可以在室溫下觀察到。這種行為被科學家解釋為“電子在石墨烯中服從相對論量子力學，不存在靜止質量”。
電導率
石墨烯的結構非常穩定，到目前為止，研究人員還沒有發現石墨烯中缺少任何碳原子。石墨烯中碳原子之間的連接非常靈活。當施加機械外力時，碳原子表面彎曲變形，使碳原子不必重新排列以適應外力，從而保持結構穩定。這種穩定的晶格結構使得碳原子具有優異的導電性。石墨烯中的電子在軌道上運動時，不會因為晶格缺陷或者外來原子的引入而發生散射。因為原子間作用力很強，所以即使周圍的碳原子在室溫下發生碰撞，石墨烯中電子的幹擾也很小。
石墨烯最大的特點是電子在其中的速度達到光速的1/300，遠遠超過壹般導體中電子的速度。這使得石墨烯中電子的性質，或者更準確地說是“電荷載流子”，與相對論中微子的性質非常相似。
石墨烯具有相當大的不透明性:它可以吸收約2.3%的可見光。這也是石墨烯中載流子相對性的體現。
機械性能
石墨烯是人類已知最強的物質，比鉆石還硬，比世界上最好的鋼還要強100倍。哥倫比亞大學的物理學家對石墨烯的機械性能進行了全面的研究。在實驗過程中，他們選取了壹些尺寸為10-20微米的石墨烯顆粒作為研究對象。研究人員首先將這些石墨烯樣品放在壹個表面鉆有孔的薄晶體板上，這些孔的直徑從1到1.5微米不等。之後，他們用壹個由鉆石制成的探針對這些放置在小孔上的石墨烯施加壓力，以測試它們的耐力。
研究人員發現，在石墨烯樣品的顆粒開始解體之前，它們每100納米的距離所能承受的最大壓力實際上達到了約2.9微牛頓。根據科學家的計算，這個結果相當於施加55牛頓的壓力，使長度為1米的石墨烯斷裂。如果物理學家能夠制造出相當於普通食品塑料包裝袋的石墨烯(厚度約100 nm)，那麽需要大約20000牛頓的壓力才能將其打破。換句話說，如果包裝袋是石墨烯做的，就能承受兩噸左右的物品。
電子的相互作用
利用世界上最強大的人工輻射源，加州大學、哥倫比亞大學和勞倫斯伯克利國家實驗室的物理學家發現了石墨烯特性的新秘密:石墨烯中的電子之間以及電子與蜂窩網格之間存在強烈的相互作用。
科學家們使用勞倫斯伯克利國家實驗室的先進光源(ALS)電子同步加速器。這臺加速器產生的光輻射亮度相當於醫用X射線強度的654.38+0億倍。利用這種強光源，科學家發現石墨烯中的電子不僅與蜂窩晶格有很強的相互作用，還與電子有很強的相互作用。[1]
石墨烯-研究結果
中國
在國家自然科學基金、科技部和中國科學院的支持下，中國科學院沈陽材料科學國家(聯合)實驗室先進碳材料研究部程慧明和任研究團隊在石墨烯的可控制備、結構表征和物理性質等方面取得了壹系列新進展，相關研究成果發表在國際期刊上。
這篇論文被美國化學學會ACSNano雜誌選為本期的“亮點”並重點介紹。同時，它還被《自然-中國》選為中國大陸和香港的優秀科研成果。《自然-中國》雜誌化學領域評論員維克裏夫博士寫道:“中國科學院任、程慧明及其合作者提出了壹種快速、無損、大面積的石墨烯表征光學方法，有助於確定和制備適合應用的理想石墨烯樣品。”
韓國
2009年7月，韓國研究人員發現了壹種制備大尺寸石墨烯薄膜的方法。
韓國成均館大學和三星先進技術研究院的研究人員制備的最新石墨烯薄膜厚度為1 cm，透光率為80%。在彎曲或拉伸的過程中，它不會斷裂，其電特性也不會發生任何變化。他們的成果於6月65438+10月65438+4月發表在英國《自然》雜誌網絡版上。[1]
石墨烯的應用
石墨烯的應用非常廣泛，從電子產品到防彈衣、造紙，甚至未來的太空電梯都可以使用石墨烯作為原料。
1.“太空電梯”電纜
據科學家介紹，在地球上很容易找到石墨原料，石墨烯是人類已知的最強的物質，它會有很多迷人的東西。
太空電梯的發展前景。它不僅能研發制造薄如紙的超輕型飛機材料，還能制造出超堅韌的防彈衣，甚至為制造“太空電梯”電纜打開了“阿裏巴巴”的大門。美國研究人員表示，“太空電梯”的最大障礙之壹是如何制造壹根從地面到太空衛星的23000英裏長、足夠堅固的電纜。美國科學家證實，地球上最強的物質石墨烯完全適合制造太空電梯電纜。
人類通過“太空電梯”進入太空，將比通過火箭升入太空便宜得多。為了鼓勵科學家發明制造太空電梯電纜的堅韌材料，美國國家航空航天局此前曾懸賞400萬美元。
2.生產超級計算機而不是矽
根據科學家的說法，石墨烯除了極其堅固之外，還具有壹系列獨特的特性。石墨烯也是目前已知的導電性能最好的材料，這使得它在微電子領域具有巨大的應用潛力。研究人員甚至將石墨烯視為矽的替代品，可以用於生產未來的超級計算機。
IBM宣布，它已經開發出世界上最快的石墨烯場效應晶體管(FET)，可以在26GHz的頻率下工作。托馬斯醫院的研究人員。該公司的沃森研究中心還預測，碳元素更高的電子遷移率有望使這種材料超過矽的極限，以超過100GHz的速度進入太赫茲領域。
石墨烯——獲得諾貝爾獎
201010年10月5日，來自英國曼徹斯特大學的兩位科學家康斯坦丁·諾沃肖洛夫和安德烈·海姆因其對石墨烯的研究獲得了2010年諾貝爾物理學獎。[2]
石墨烯-部分石墨烯研究成果
2009年6月5438+2月1日在美國舉行的國際材料科學會議上，日本富士通研究所宣布，他們已經用石墨烯制成了數千個晶體管。富士通研究所的研究人員將原料氣體吹到事先塗有鐵作為催化劑的基底上，在此基底上制作大面積石墨烯薄膜。大規模石墨烯的制備壹直是個難題。富士通通過上述方法制作了直徑為7.5厘米的高質量石墨烯薄膜。在此基礎上，配置電極和絕緣層，制成石墨烯晶體管。由於石墨烯面積大，富士通在上面做了上千個晶體管。石墨烯晶體管比矽晶體管功耗更低，運算速度更快，可以制作出性能優異的半導體器件。如果技術得到改進，有望進壹步擴大石墨烯的面積，從而可以制作更多的晶體管和石墨烯集成電路，這為高端電子產品的生產創造了條件。2009年6月165438+10月，東北大學和會津大學發現石墨烯可以產生太赫茲電磁波。研究人員在矽襯底上制作了石墨烯薄膜，將紅外線照射到石墨烯薄膜上，可以在短時間內發出太赫茲光。如果今後能繼續改進技術，進壹步提高光源強度，就能開發出高性能的激光器。研究小組使用有機氣體在矽襯底上制作壹層碳矽化合物。然後，進行熱處理以生長石墨烯薄膜。石墨烯薄膜僅通過在非常短的時間內照射紅外線就可以從石墨烯發射太赫茲光。目前，該團隊致力於開發能夠將光粒子密封在內部並增加光源強度的裝置，希望能夠開發出能夠在室溫附近工作的太赫茲激光器。2010美國萊斯大學用這種石墨烯量子點制作了單分子傳感器。萊斯大學將石墨烯片與壹層氦結合在壹起，形成石墨烷烴。石墨烯是絕緣體。氦將石墨烯從導體轉變為絕緣體。研究人員移除了石墨烯片兩側的氦島，形成了由石墨烷烴絕緣體包圍的微小導電石墨烯陷阱。導電石墨烯阱可以用作量子阱。量子點的半導體特性優於體矽器件。這項技術可用於制造化學傳感器、太陽能電池、醫療成像設備或納米級電路。
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