什么是石墨烯？石墨烯的電子特性及發(fā)展趨勢

　　近期石墨烯的高速發(fā)展，備受國家重視，而近日，石墨烯正在成為一種令人興奮的先進材料，在軍事的兩個特定領域具有優(yōu)勢：力量保護和增加電池存儲容量。對于第一個區(qū)域，石墨烯作為彈道裝甲材料的潛力已經(jīng)從機械強度研究中變得更加明顯。對于第二種，石墨烯相對較高電導率的研究直接導致電池存儲中更好的能量密度。

　　什么是石墨烯？

　　石墨烯是一個原子厚的緊密結(jié)合的碳原子層，排列成六邊形晶格。它是單個原子石墨層。石墨烯是特殊的，因為它具有sp2雜化和極薄的原子厚度，其特性使其非常堅固，比鋼強約200倍以及優(yōu)異的熱和電導體。 石墨烯中的碳碳鍵非常小且強大，以防止熱波動使其不穩(wěn)定。此外，該材料極其多樣化，可與其他元素結(jié)合，生產(chǎn)出具有一系列優(yōu)異性能的不同材料。對于石墨烯，各國研究人員都有著很高的期盼，希望在材料上，中國能夠盡快將石墨烯突破至能夠代替現(xiàn)在的芯片材料—硅。從硅時代到碳時代需要一個長期的過程，但最終會實現(xiàn)，并出現(xiàn)一個全新的時代，但如果還停留在老的思路上是無法實現(xiàn)超越的。

　　石墨烯的電子特性

　　石墨烯是數(shù)據(jù)半金屬材質(zhì)，具有極高的導電性。蜂窩孔和電子都充當電荷載體。碳原子總共有六個電子，兩個在內(nèi)殼中，四個在外殼中。單個碳原子中的四個外殼電子可用于化學試劑，但在石墨烯中，每個原子在平面上與三個碳原子連接，在第三個中保留一個電子。形成優(yōu)異的導電性。 測試表明，石墨烯的電子遷移率非常高，之前報道的結(jié)果高于15000Vs，理論上可能限制為200000Vs。據(jù)說石墨烯電子由于缺乏質(zhì)量而在其移動性中起很像光子的作用。這些電荷載體可以在沒有散射的情況下行進亞微米距離，這種現(xiàn)象稱為彈道傳輸。然而，石墨烯的質(zhì)量和所使用的基板是限制因素。例如，以二氧化硅為基材，遷移率可能限制在40000Vs。

　　石墨烯的發(fā)展趨勢

　　自2004年石墨烯分離以來，已有許多研究和研究受到啟發(fā)。這種材料有許多可能的應用，例如電池和超級電容器，能量產(chǎn)生光伏電池，傳感器，膜，導電材料，藥物輸送，光子應用等，預計將繼續(xù)徹底改變整個行業(yè)。石墨烯也可用于下一代晶體管，電子器件等。 目前有數(shù)十家公司生產(chǎn)石墨烯和石墨烯基材料。雖然產(chǎn)量相對較小且價格仍然很高，但商業(yè)應用不斷涌入市場。預計產(chǎn)量將增加，而預計價格將下降，使越來越多的產(chǎn)品能夠使用石墨烯材料。大型石墨烯片的大規(guī)模生產(chǎn)尚未實現(xiàn)，但有一部分公司正在提供小批量的這種材料，用于各領域研究發(fā)展。 石墨烯在生存能力/力量保護和電池存儲方面顯示出令人印象深刻的軍事潛力。對于相同的重量，兩個區(qū)域都可以看到性能提高或相同性能減輕重量。一旦規(guī)模經(jīng)濟開始占據(jù)，就可以以相同的成本實現(xiàn)更高的性能。

　　編輯：黃飛