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石墨烯属性

2018.09.22

  石墨烯属性


  2.1机械性能


  在石墨烯的二维平面中,每个碳原子通过σ键以相邻的两个键之间的120°的角度与相邻的三个碳原子连接,并且键长为约0.142nm。这些CC键形成石墨烯。石墨烯具有良好的结构刚性,是世界上最坚固的材料。其内在(断裂)强度可以达到130GPa,这是Young的(拉伸)模量为1100GPa的100倍以上。这种高强度和轻质薄膜材料有望用于航空航天等许多领域。


  2.2电气特性


  石墨烯的每个晶格中存在三个σ键。所有碳原子的p轨道垂直于sp2混合平面,并且形成并排的离域π键,其贯穿整个石墨烯。


  电子可以在平面内自由移动,使石墨烯具有良好的导电性。石墨烯的独特结构使其具有室温半整数量子霍尔效应,双极电场效应,超导性,高载流子率等。电性能,载流速率在室温下可以达到1.5×10-1.S6m/s,是光速的1/300。)通过禁带的能带进入能量,电子进入能量。空气带成为导带。价带中没有电子形成带正电的空位并成为空穴。导带中的电子和价带中的空穴统称为电子-空穴对,电子和空穴可以自由移动而成为自由载流子。它们在外部电场的作用下产生定向运动,形成宏观电流,分别成为电子传导和空穴传导。


  石墨烯的每个晶胞具有2个碳原子,在每个布里渊区域中产生两个等效的锥形交叉点(K和K')点,并且其能量与交叉点附近的波矢量线性相关。因此,石墨烯中的电子和空穴的有效质量为零,所有电子和空穴都称为狄拉克费米子。交点是狄拉克点,附近的能量为零,浅石墨烯的带隙(禁带)为零。石墨烯的独特载流子特性和无质量Dirac费米子特性使其能够在室温下观察霍尔效应和异常半整数量子霍尔效应(当电流垂直于通过导体的外部磁场时,导体A出现电位差)在垂直于磁场和电流方向的两个端面之间,它显示出其独特的载流子特性和优异的电气特性。


  石墨烯的室温载流子迁移率测量值为15000cm2/V·s(电子密度为100e4h-5Ω1+0.5π2≈1-eεhc=0α0137,e为光子电荷,C为光速αα8~104cm2/Vs)它在场效应晶体管领域具有非常广阔的前景。然而,由于石墨烯具有零带隙结构,因此不能实现器件的截止状态,并且开关比率低,这在一定程度上阻碍了石墨烯的应用。