⾃由态⼆维碳原⼦晶体⼀单层⽯墨烯
万⽅数据
９８?新型炭材料第２３卷图ｌ⽯墨烯⽚层的ＡＦＭＩ冬｜⽚６
Ｆｉｇ．１
ｎｅＡＦＭ
ｉｍａｇｅｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ‘６图２悬浮的⽯墨烯⽚层７
Ｆｉｇ２Ｓｕ３ｐｅｎｄｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｌａｙ盯［７］
Ｉｓｈｉｇａｌｌｌｉ等⼈⾸次利⽤ＳＴＭ展⽰了基于⽯墨烯制作的电⼦元件的原⼦结构和纳⽶级上的微观形貌（例如附着在绝缘的⼆氧化硅基质』⼆的⽯墨烯⽚层）。原⼦级分辨率的ＳＴＭ图⽚（⽹３）显⽰⽯墨烯的存在形态受⼆氧化硅衬底形态制约，部分⽯墨烯⽚层与⼆氧化硅衬底作⽤产⽣褶皱，换⾔之，⽯墨烯并未⾃发地产⽣褶皱。基于这⼀点，科学家们正在考虑利⽤控制衬底材料的形态来控制⽯墨烯的褶皱，研究褶皱对电⼦传导的影响∽。。
⾃由态的⽯墨烯在室温下于真空或空⽓中可稳定存在，这⼀成功震惊了科学界，从⽽推翻了历来被公认的“完美⼆维晶体结构⽆法在⾮绝对零度下稳定存在”的这⼀论述。在相同条件下，其他任何⼰知材料都会氧化或分解，甚⾄在相当于其单层厚度⼗倍时就变得不稳定。⾃由态的⽯墨烯是⽬前世界上⼈Ｔ制得的最薄物质，也是第⼀个真正的⼆维富勒烯。
图３硅表⾯的⽯墨烯⽚层－９⼀
Ｆｉｇ．３ＧｒａｐｈｅｎｅｌａｙｅｒｓｕｐｐｏｎｅｄｂｙＳｉ［９］
３碳质材料的基本结构单元
完美的⽯墨烯具有理想的⼆维晶体结构，它由六边形品格组成，可以看作是⼀层被剥离的⽯墨⽚层（图４），每个碳原⼦通过很强的盯键与其他三个碳原⼦相连接，这些很强的Ｃ．Ｃ键致使⽯墨烯⽚层具有优异的结构刚性。碳原⼦有四个价电⼦，这样每个碳原⼦都贡献⼀个未成键的盯电⼦，这些耵电⼦与平⾯成垂直的⽅向可形成⽵轨道，１Ｔ电⼦可在晶体中⾃由移动，赋予⽯墨烯良好的导电性。
图４⽯墨烯的结构－４⼀
Ｆｉｇ．４Ｂ够ｉｃｓｔｍｃｔｕｒｅｏｆ卿ｈｅｎｅ［４】
如图５所⽰【４】，⽯墨烯的碳基⼆维晶体是形成ｓｐ２杂化碳质材料的基元。如果⽯墨烯的晶格中存在五元环的晶格，就会使得⽯墨烯⽚层翘曲，当有１２个以上五元环品格存在时就会形成富勒烯，同样，碳纳⽶管也可以看作是卷成圆筒状的⽯墨烯。利⽤模板法制备的、具有规则孑Ｌ结构的碳也可以看作是⼤量扭曲的⽯墨烯⽚层构筑⽽成的三维结构【１
０｜。⽯墨烯六⾓⽹⾯之间通过１Ｔ电⼦相互作⽤ 万⽅数据
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苹果树下１００?新型炭材料第２３卷
⾄今尚⽆令⼈满意的结果报道。
上述⽅法得到的⽯墨烯⽚层⼤多是单层和多层⽯墨烯的混合物，科学家们正在探索⼤量制备、分离单层⽯墨烯⽚层的⽅法。⽬前科学家们倾向于运⽤Ｓｉｃ的热处理⼤量制备⽯墨烯⽚层，正在解决其中的⼀些技术问题。另外，⽯墨烯氧化物的可控制备也被认为可能是实现⽯墨烯⼤量制备的重要途径，有关这⽅⾯的内容我们将在另外⼀篇⽂章⼱介绍。
５奇特的物理性质
⽯墨烯表现出很多奇特的电学性质⼝冉－，⼀些先驱性的⽂章发表之后，单层或者⼏层⽯墨烯的电⼦传导研究成为凝聚态物理
有创意的礼物研究的热点。
图６所⽰为⽯墨烯的能带结构和布⾥渊区，价带和导带在费⽶能级的六个顶点上相交，从这个意义上说，⽯墨烯是⼀种没有能隙的物质，显⽰⾦属性［Ｉ９『。前已提及，在单层⽯墨烯中，每个碳原⼦都贡献出⼀个未成键的电⼦，这些电⼦可以在晶体中⾃由移动，赋予⽯墨烯⾮常好的导电性。⽯墨烯⼱
电⼦的典型传导速率为８×１０５∥ｓ，这虽然⽐光速
慢很多，但是却⽐⼀般半导体中的电⼦传导速度⼤得多２０。⽯墨烯特有的能带结构使空⽳和电⼦相
互分离，导致了新的电⼦传导现象的产⽣，例如不规则量⼦霍尔效应Ｈ’２１’２２。。⽯墨烯的室温霍尔效应使原有的温度范围扩⼤了１０倍，表明其独特的载流⼦特性和优异的电学质量。
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图６⽯墨烯的能带结构和布⾥渊区【’９］
Ｆｉｇ．６
Ｂ柚ｄｓｔｍｃｎｌｒｅ卸ｄＢｒｎｌｏｕｉｎ
ｚｏｎｅ
ｏｆ鲈叩ｈｅ鹏［。９】
和激发态的能隙⼤于原⼦核运动的能量时，ＡＢＯ能很好地适⽤于这种情况。⽯墨烯是⼀种没有能隙的半导体，这种近似不适⽤于⽯墨烯。换⾔之，⽯墨烯是⼀种不遵守波恩⼀奥本海默近似的典型例⼦‘２ｒ。
在低温下，所有具有⼀定电阻率的物质都不可避免的表现出量⼦⼲涉磁阻，最后导致⾦属向绝缘体转
化。这种现象被认为是普遍的，但在⽯墨烯中不具有这种现象’４。这种体系⼀个很重要的特点就是在０Ｋ和零电荷密度的情况下具有特定的导电
率，⽤Ｋｕｂｏ和Ｌａｎｄａｕｅｒ⽅程分析这种奇特的现象，表明这种稳定的导电率是⼆维结构中迪拉克⼿性费⽶⼦的特有性质＿２３『。在低温零磁场的情况，⽯墨烯的导电率存在⼀个最⼩值，这个值接近４ｅ２／ｈ（ｅ为电⼦电荷，ｈ为Ｐｌａｎｋ常数）。
电⼦在⽯墨烯⼱传输的阻⼒很⼩，在亚微⽶距离移动时没有散射，具有很好的电⼦传输性质。Ｔｏｍｂｍｓ等⼈研究了在微⽶数量级下单层⽯墨烯中电⼦的⾃旋传导和拉莫尔旋进，并清楚地观察到两极的⾃旋信号，⽽且在４．２
Ｋ，７７
Ｋ和室温下，⾃旋
信号没有很⼤变化。计算表明在室温下⾃旋驰豫的长度在１．５⽃ｍ和２⽃ｍ之间，基本上不依赖于电流密度Ⅲ１。这个性质使⽯墨烯有可能⽤于⾼频晶体管（⾼⾄ＴＨｚ）。
在凝聚态物理领域，薛定谔⽅程可以描述⼏乎所有材料的电⼦性质；但⽯墨烯是个例外，其电⼦性质⽤量⼦⼒学的迪拉克⽅程来描述⽐薛定谔⽅程更好【２纠。在⽯墨烯⼱形成的⽆质量狄拉克－费⽶⼦
（Ｍａｓｓｌｅｓｓ
Ｄｉｒａｃ
ｆｅｍｉｏｎｓ），是⼀种准粒⼦，具有类似
于光⼦的特性，因此可⽤于相对论量⼦⼒学的研究。西安图
双层的⽯墨烯表现出了同样特别的量⼦电动⼒学性质。双层的⽯墨烯是唯⼀已知的电⼦能带结构随着电场效应显著改变的物质，⽽且可以连续地从０ｅＶ改变到０．３
ｅＶ【４
１。在分析⽯墨烯的量⼦电动
⼒学性质的时候，必须引⼊⼀个新的参量——⼿性。
⼿性说明了⽯墨烯中的ｋ电⼦和．ｋ空⽳是杂乱地连接在⼀起的，这是因为它们都起源于同⼀个⼦晶格。另外在⽯墨烯中的⾃旋效应⼤部分是由伪⾃旋
引起的。⼿性和伪⾃旋对于理解⽯墨烯⼱的电⼦过程很重要，因为这两个参量的存在使很多现象得以
解释‘４｜。
粤由誊銎婆曼景篓冀型嚣２酱翥翌纛黧６潜在的应⽤领域
学中⽤来描述电⼦与原⼦核相互作⽤的标准假设。
。
旧ＬＬ¨７他川４叭坝ＡＢＯ的基本假设是：在绝热情况下，原⼦核发⽣运６．１
良好的物理实验平台
动时电⼦能⾃动调整以适应核分布的变化。当基态
这是⽯墨烯吸引科学家注意⼒的主要原因之
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⾃由态⼆维碳原⼦晶体-单层⽯墨烯
作者：杨全红，吕伟，杨永岗，王茂章， YANG Quan-hong， LU Wei， YANG Yong-gang，WANG Mao-zhang
作者单位：杨全红，吕伟,YANG Quan-hong,LU Wei(天津⼤学，化⼯学院，天津,300072)，杨永岗，王茂章,YANG Yong-gang,WANG Mao-zhang(中国科学院炭材料重点实验室，中国科学院⼭西煤炭化学
研究所,⼭西，太原,030001)
刊名：
新型炭材料
英⽂刊名：NEW CARBON MATERIALS
年，卷(期)：2008,23(2)
被引⽤次数：17次
参考⽂献(36条)
1.Morozov S V;Novolov K S;Katsnelson M I Strong suppression of weak localization in graphene[外⽂期刊] 2006(1)
2.Pichler T Molecular nanostructures:Carbon ahead[外⽂期刊] 2007(5)
3.Heersche H B;Jarillo-Herrero P;Oostinga J B Bipolar supercurrent in graphene[外⽂期刊] 2007
4.Katsnelson M I Zitterbewegung,chirality,and minimal conductivity in graphene[外⽂期刊] 2006(2)
5.Novolov K S;Geim A K;Morozov S V Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films[外⽂期刊] 2004
6.Novolov K S;Jiang Z;Zhang Y Room-temperature quantum hall effect in graphene[外⽂期刊]
2007(5817)
7.Pina S;Lazzeri M;Casiraghi C Break down of the adiabatic born-oppenheimer approximation in graphene[外⽂期刊] 2007(3)
8.Kane C L Erasing electron mass[外⽂期刊] 2005
9.Iijima S Helical microtubules of graphite carbon 1991
10.Avouris P;Chen Z;Perebeinos V Carbon-bad electronics[外⽂期刊] 2007
11.Dikin D A;Stankovich S;Zimney E J Preparation and characterization of graphene oxide paper[外
⽂期刊] 2007(7152)
12.McCann E;Kechedzhi K;Fal'ko V I Weak localisation magnetoresistance and valley symmetry in graphene[外⽂期刊] 2006(14)
13.Oostinga J B;Heersche H B;Liu X L Gate-induced insulating state in bilayer graphene devices[外⽂期刊] 2007(2)
14.Zhou S Y;Gweon G H;Fedorov A V Substrate-induced bandgap opening in epitaxial graphene[外⽂期刊] 2007(10)
15.Novolov K S;Geim A K;Morozov S V Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene[外⽂期刊] 2005
16.Ishigami M;Chen J H;Cullen W G Atomic structure of graphene on SiO2[外⽂期刊] 2007(6)
17.Fasolino A;Los J H;Katsnelson M I Intrinsic ripples in graphene[外⽂期刊] 2007(11)
科幻绘画18.Meyer J C;Geim A K;Katsnelson M I The structure of suspended graphene sheets[外⽂期刊] 2007
19.Novolov K S;Jiang D;Scbedin F Two-dimensional atomic crystals 2005花的嫁纱
20.Kyotani T;Sonobe N;Tomita A Formation of highly orientated graphite from polyacrylonitrile by
using a two-dimensional space between montuorillonite lamellae 1988
21.Geim A K;Novolov K S The ri of graphene[外⽂期刊] 2007(3)
22.Zhang Y B;Tan Y W;Stormer H L Experimental obrvation of the quantum Hall effect and Berry's pha in graphene[外⽂期刊] 2005
23.Tombros N;Jozsa C;Popinciuc M Electronic spintransport and spin precession in single graphene layers at room temperature 2007
一件小事作文500字24.成会明纳⽶碳管制备、结构、物性及应⽤ 2002
25.Kang F;Inagaki M Carbon Materials Science and Engineering--From Fundamentals to Applications 2006
/doc/d0edd10577232f60ddcca1dc.html o A H C Graphene:Phonons behaving badly[外⽂期刊] 2007(3)
27.Schedin F;Geim A K;Morozov S V Detection of individual gas molecules adsorbed on graphene[外⽂期刊] 2007(9)
28.Stankovich S;Dikin D A;Dommett G H B Graphenebad composite materials[外⽂期刊] 2006
29.杨全红纳⽶孔"炭"与纳⽶孔"碳"[期刊论⽂]-新型炭材料 2007(04)
30.Krotu H W;Heath J R;O' Brien S C C60:Buckminster fullerence[外⽂期刊] 1985
31.Editorial Craphene calling[外⽂期刊] 2007(3)
32.Berger C;Song Z M;Li X B Electron confinement and coherence in patterned epitaxial graphene[外⽂期刊] 2006(5777)
33.Berger C;SongZ;LiT Ultrathin epitaxial graphite:2D electron gas properties and a route toward graphene-bad nanoelectronics 2004
34.Zhang Y B;Small J P;Pontius W V Fabrication and electric-field-dependent transport measurements of mesoscopic graphite devices[外⽂期刊] 2005(7)
35.Bunch J S;Yaish Y;Brink M Coulomb oscillations and hall effect in quasi-2D graphite quantum dots [外⽂期刊] 2005(2)
36.Saito R;Dreslhans G;Dreslhans M S Physical Properties of Carbon Nanotubes 1998
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1.杨永岗.陈成猛.温⽉芳.杨全红.王茂章.YANG Yong-gang.CHEN Cheng-meng.WEN Yue-fang.YANG Quan-hong. WANG Mao-zhang氧化⽯墨烯及其与聚合物的复合[期刊论⽂]-新型炭材料2008,23(3)
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1.李永锋.刘燕珍.杨永岗.温⽉芳.王茂章L-半胱氨酸还原氧化⽯墨烯的研究[期刊论⽂]-材料导报 2011(12)
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11.杨勇辉.孙红娟.彭同江⽯墨烯的氧化还原法制备及结构表征[期刊论⽂]-⽆机化学学报 2010(11)
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