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1 石墨烯概述-结构及性质

1.1 石墨烯的结构

石墨烯是一种由碳原子以 sp

2

杂化连接形成的单原子层二维晶体，碳原子规整的排列于蜂窝

状点阵结构单元之中，如图 1 所示。每个碳原子除了以 σ 键与其他三个碳原子相连之外，剩

余的 π 电子与其他碳原子的 π 电子形成离域大 π 键，电子可在此区域内自由移动，从而使石

墨烯具有优异的导电性能。同时，这种紧密堆积的蜂窝状结构也是构造其他碳材料的基本单

元，如图 2 所示，单原子层的石墨烯可以包裹形成零维的富勒烯，单层或者多层的石墨烯

可以卷曲形成单壁或者多壁的碳纳米管。

图 1 石墨烯的结构示意图

图 2 石墨烯：其他石墨结构碳材料的基本构造单元，可包裹形成零维富勒烯，卷曲形成一维

碳纳米管，也可堆叠形成三维的石墨

1.2 石墨烯的性质

石墨烯独特的单原子层结构，决定了其拥有许多优异的物理性质。如前所述，石墨烯中的每

个碳原子都有一个未成键的 π 电子，这些电子可形成与平面垂直的 π 轨道，π 电子可在这

种长程 π 轨道中自由移动，从而赋予了石墨烯出色的导电性能。研究表明室温下载流子在

石墨烯中的迁移率可达到 15000cm

2

/(V·s)，相当于光速的 1/300，在特定条件，如液氦的温

度下，更是可达到 250000cm

2

/(V·s)，远远超过其他半导体材料，如锑化铟、砷化镓、硅半

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