石墨烯之四---性质

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石墨烯的性质

石墨烯的特殊结构赋予了它各种优异的性能。石墨烯目前是世上最薄也是最坚硬的纳米材料，它的拉伸模量为1TPa，拉伸强度为130GPa。哥伦比亚大学的物理学家选取了一些在10~20um的石墨烯微粒作为研究对象。研究人员先是将这些石墨烯样品放在了一个表面被钻有小孔的晶体薄板上，这些空的直径在1~1.5um。之后，他们用金刚石制成的探针对这些放置在小孔上的石墨烯施加压力，以测试它们的承受能力。研究人员发现，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100nm距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9uN。这一结果相当于施加55N的压力才能使1um长的石墨烯断裂。

石墨烯结果非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就会弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于源自件作用力非常强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。石墨烯常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只月10-6 欧姆·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。石墨烯中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应该称为“载荷子”，性质和相对论中位子非常相似。

石墨烯几乎完全透明的，只吸收2.3%的光；热导率高达5300W/m·k，高于碳纳米管和金刚石，而且能够在常温下观察到量子霍尔效应。2007年，先后三篇文章声称在石墨烯的p-n或p-n-p结中uanchadao了分数量子霍尔效应行为。2009年，美国两个实验小组分别在石墨烯中观测到了填充数为1/3的分数量子霍尔效应产生了很大的影响，也引起了人们的很大兴趣。