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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 8512 網(wǎng)絡(luò)整理


石墨烯的物理性質(zhì)是什么?石墨烯物理特性介紹?


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,通過電場作用改變化學(xué)勢,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)時不會產(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有靜態(tài)質(zhì)量,它們的速度是一個與動能無關(guān)的常數(shù)。

  石墨烯是一種零距離半導(dǎo)體,因?yàn)樗膶?dǎo)帶和價帶在狄拉克點(diǎn)相遇。在狄拉克點(diǎn)的六個位置,動量空間的邊布里淵被分成兩組等價的三重態(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,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和長度的彈道導(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):碳原子有四個價電子,其中三個電子生成SP2鍵,即每個碳原子貢獻(xiàn)一個位于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,垂直于每個碳原子層平面的PZ軌道可以在整個層中形成多個原子的大π鍵(類似于苯環(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,所以石墨紙看起來很脆。然而,功能化石石墨烯是通過氧化得到的,那么由功能化石石墨烯制成的石墨紙就會變得非常堅(jiān)韌。

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