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 8858 網(wǎng)絡整理

石墨烯物理特性一：電子效應

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，科學家在室溫下觀察到了石墨烯的這種量子霍爾效應。石墨烯中的載流子具有特殊的量子隧穿效應，當遇到雜質(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的常數(shù)。

　　石墨烯是一種零距離半導體，因為它的導帶和價帶在狄拉克點相遇。在狄拉克點的六個位置，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)半導體的要點通常是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熱性。當石墨烯用作載體時，其導熱系數(shù)也可以達到600W/MK。此外，石墨烯的彈道導熱系數(shù)可以降低碳納米管每單位周長和長度的彈道導熱系數(shù)下限。

石墨烯物理特性三：內(nèi)部結構

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雜化軌道結合，具有以下特點：碳原子有四個價電子，其中三個電子生成SP2鍵，即每個碳原子貢獻一個位于PZ軌道的未結合電子，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，除了蜂窩狀層狀結構，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)異的電學和光學性能。

石墨烯物理特性4：力學性能

　　石墨烯是已知強度高的材料之一。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韌。

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