石墨烯（英文名Graphene）是一種由C 原子形成的蜂窩狀的準(zhǔn)二維結(jié)構(gòu)，是C的另外一種同素異形體。例如，在計(jì)算石墨和碳納米管特性時(shí)，通常都是從石墨烯這個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元出發(fā)的。

　　石墨烯的來(lái)源

　　實(shí)際上石墨烯本來(lái)就存在于自然界，只是難以剝離單層結(jié)構(gòu)。石墨烯一層層疊起來(lái)就是石墨。1mm厚的石墨大約包含300萬(wàn)層石墨烯。

　　石墨烯的發(fā)現(xiàn)歷程

　　碳——自然界萬(wàn)事萬(wàn)物中最重要的物質(zhì)，也是構(gòu)成有機(jī)生命體的只要元素。碳材料包括活性炭、金剛石、石墨。

　　隨著納米技術(shù)的發(fā)展，1985年由60個(gè)碳原子構(gòu)成“足球”分子C60（富勒烯）被發(fā)現(xiàn)，1991年由石墨層卷曲而成的一維管狀納米結(jié)構(gòu)：碳納米管被發(fā)現(xiàn)。

　　2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)兩位科學(xué)家Andre Geim和Konstantin Novoselov在用機(jī)械剝離發(fā)制備出石墨烯

　　其實(shí)早在1934年L.D.Landau和R.E.Peierls就指出準(zhǔn)二維晶體材料由于其自身的熱力學(xué)不穩(wěn)定性，在常溫常溫下會(huì)迅速分解，1966年Mermin-Wagner理論指出表明起伏會(huì)破壞二維晶體的長(zhǎng)程有序，因此二維晶體石墨烯只是作為研究碳質(zhì)材料的理論模型。

　　美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的Rodney Rouff曾嘗試著將石墨在硅片上摩擦，并深信采用這個(gè)簡(jiǎn)單的辦法可制石墨烯，但他沒(méi)有對(duì)產(chǎn)物做進(jìn)一步的檢測(cè)

　　美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的Philip Kin利用石墨制作了一個(gè)“納米鉛筆”，在一個(gè)表面上花寫，并得到了石墨薄片，成熟最低可達(dá)0層

　　可以說(shuō)，他們里石墨烯的發(fā)現(xiàn)只有一步之遙，諾貝爾獎(jiǎng)的史冊(cè)極大可能會(huì)因?yàn)樗麄兊倪M(jìn)一步工作而改寫。但命運(yùn)之神最終沒(méi)有眷顧他們。

　　石墨烯的結(jié)構(gòu)與性能

　　石墨烯是指僅有一個(gè)原子尺寸厚的單層石墨層片，由sp雜化的碳原子緊密排列而成的蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)。石墨烯中碳-碳鍵長(zhǎng)0.142nm。每個(gè)晶格內(nèi)有三個(gè)鍵，連接十分牢固，形成了穩(wěn)定的六邊形狀。

　　形象來(lái)說(shuō)，石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)，厚度為0.35nm，約為頭發(fā)直徑的二十萬(wàn)分之一。

　　石墨烯的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，碳原子之間的連接極其柔韌。受到外力時(shí)，碳原子面發(fā)生彎曲變形，使碳原子不必重新排列來(lái)適應(yīng)外力，從而保證了自身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。　　

　　光學(xué)性質(zhì)

　　石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)表明，單層石墨烯吸收2.3%的可見(jiàn)光，即透光率為97.7%。下圖，從基底到單層石墨烯、雙層石墨烯的可見(jiàn)光透射率一次相差2.3%，因此可根據(jù)石墨烯薄膜的可見(jiàn)光透射率來(lái)估算其層數(shù)。即石墨烯的透光性與厚度有關(guān)，與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。

　　電學(xué)性能

　　石墨烯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，各碳原子間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來(lái)適應(yīng)外力，無(wú)碳原子缺失情況，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來(lái)原子而發(fā)生散射，遷移率可達(dá)200000cm2/（v*s），約為硅中電子遷移率的140倍，其電導(dǎo)率可達(dá)104s/m，是室溫下導(dǎo)電性最佳的材料。因受溫度和摻雜效應(yīng)影響很小，低接觸電阻則有助于進(jìn)一步減小器件開(kāi)關(guān)時(shí)間，超高頻率的操作響應(yīng)特性是石墨烯基電子器件的一大顯著優(yōu)勢(shì)。　

　　力學(xué)性能

　　石墨烯其抗拉強(qiáng)度和彈性模量分別為125GPa和1.1TPa。石墨烯的強(qiáng)度極限為42N/m2，是已知材料中強(qiáng)度和硬度最高的晶體結(jié)構(gòu)，從而保證了石墨烯制品的使用穩(wěn)定性，也有助于促進(jìn)石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料和機(jī)械材料的研究應(yīng)用。

　　熱學(xué)性能

　　石墨烯的理論比表面積可達(dá)2630m2/g，室溫?zé)釋?dǎo)率約為5300 w/（m·k），高于碳納米管和金剛石，是室溫下銅的熱導(dǎo)率的10倍多。對(duì)于一些電子設(shè)備，頻率越高，熱量也越高，如果導(dǎo)熱性達(dá)不到要求，頻率提升就會(huì)受到限制，填充的信號(hào)也就有限。導(dǎo)熱率高決定了石墨烯適合于高頻電路。

　　石墨烯的應(yīng)用

　　手機(jī)中的應(yīng)用

　　2013年2月5日，諾基亞正式宣布成為石墨烯旗艦聯(lián)盟的一員，并從歐盟的未來(lái)與新興技術(shù)組織獲得了13.5億美元的研究經(jīng)費(fèi)，該經(jīng)費(fèi)將用于石墨烯材料的研究。諾基亞對(duì)石墨烯材料的應(yīng)用設(shè)想為：

　　1、提升收的性能、降低成本，例如取代在液晶顯示器觸控面板中廣泛使用的透明ITO導(dǎo)電層，以及用于其他高頻電子元器件中；

　　2、在未來(lái)的概念手機(jī)設(shè)計(jì)中，將石墨烯應(yīng)用于線路板、柔性材料以及一體化多點(diǎn)感應(yīng)平臺(tái)。石墨烯使觸摸屏包含一層50納米厚的DLC防掛材料、一層700納米厚的局對(duì)二甲苯涂層、一層200納米厚的石墨烯電層、一層200微米厚的PET材料，使得整個(gè)觸摸屏厚度僅為0.2毫米。

　　代替硅生產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)

　　石墨烯是已知導(dǎo)電性最出色的材料，這種特性尤其適合高頻電路，高頻電路是現(xiàn)在電子工業(yè)的領(lǐng)頭羊，一些電子設(shè)備，例如手機(jī)，由于工程師們正在設(shè)法將越來(lái)越多的信息填充在信號(hào)中，熱量也越高，于是，高頻的提升便受到很大的限制，由于石墨烯的出現(xiàn)，高頻提升的發(fā)展前景似乎變得無(wú)限廣闊了。