石墨烯是导体还是半导体

您好哦 导体 望采纳 石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体（monocrystalline silicon）高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低。石墨烯适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

石墨烯具有的优质性能1.导电性石墨烯新颖的电子性质在于它可以维持巨大的电流。石墨烯中的π键使石墨烯具有电子传导性，并使石墨烯层之间产生较弱的相互作用。石墨烯中的载流子可用狄拉克方程而不用薛定谔方程来描述。由于蜂窝晶体中有两个等价的碳亚晶格，锥状的价带和导带相交于费米能级处布里渊区的K和K0点。这些无质量的狄拉克费米子显示出许多优越的特性。石墨烯是零带隙的二维半导体材料，它清晰地显示出双极电场效应、准粒子，和较长的平均自由程（微米量级的）。此外，二维中狄拉克能量色散意味着石墨烯是一种零带隙的半导体材料，当接近费米能级处时其态密度成线性消失。石墨烯传导时其电子或空穴浓度高达10E13cm-2。它显示出杰出的载流子迁移率约为200,000cm2╱V.s。如此高的迁移率是因为完美的石墨烯蜂窝状晶格使电子能够十分顺利地通过，能够控制其带隙。就像半导体一样，人们可以控制和调节电子运动以产生预期的结果。换言之，除非能够提供能量来加强电子穿越间隙，即在价带和导带之间的间隙，否则石墨烯不可用以传导。2.导热性石墨烯的近室温导热系数在（4.84±0.44）×10E3和（5.30±0.48）×10E3W╱m.K之间（Balandinetal.,2008）。化学气相沉积制备的石墨烯显示出较低值（≈2500W╱mK）（Caietal.,2010）。它被认为具有一定的结构类型，即AA或AB型；石墨烯的层数也对其热导率产生影响。由于石墨烯的高热导性（由于其强烈的CAC共价键和声子散射，无缺陷的纯石墨烯单层在室温下导热性可高达5000W╱mK(Ballandinetal.,2008），它被认为是电子设备中重要的组成部分。在室温下，单层纯石墨烯的热导率比先前研究的其他碳的同素异形体的热导率高很多，例如，碳纳米管（多壁碳纳米管为3000W╱mK(Kimetal.,2001)，单壁碳纳米管为3500W╱mK(Popetal.,2005)。导热率会受一些因素的影响，如缺陷，边缘散射（Nikaetal.,2009）和同位素掺杂（Jiangetal.,2010）。一般而言，所有这些因素都会对导电率产生不利影响，这是因为掺杂导致缺陷和声子模式局部化从而产生了声子散射。3.比表面积石墨烯成六角苯环结构，边长0.142纳米，面积为0.052nm2。所以面密度为0.77mg╱m2时，取得比表面积为2630m2╱g。4.d性模量依据Voigt石墨本构方程式：式中，下标1和2为石墨烯面内的两个主方向，而3为其法向。实验测量得到值为C11=1060Gpa、C12=36.5Gpa、C44=4Gpa、C12=180Gpa及C13=15Gpa。由此矩阵中还可以看出，由於碳原子之间SP2键极强，石墨面内的d性模量高达1Tpa。由于高各向异性程度的原因是石墨烯之间的弱相互作用，这通常被认为是范德华力相互作用或π电子间的耦合作用，实验测出石墨烯层间的剪切模量为4Gpa，剪切强度为0.08Mpa，明显小于碳原子间的机械性能。石墨烯被氧化后的物理性质有显著的改变。可以看出首先是环氧基中的C-O-C键角发生弯曲，而氧原子向石墨面内方向运动，由此得到氧化石墨烯其杨氏模量为610Gpa，较石墨烯的1060Gpa还低。5.透光性石墨烯是透明的，单层石墨烯吸收2.3%πα≈2.3%的白光（97.7%透光率），α为精细结构常数，其值约为~1/37。堆叠顺序和方向影响着石墨烯的光学特性；因此，双层石墨烯展现出新颖有趣的光学特性。6.化学稳定性及反应性石墨烯的化学稳定性高是由于蜂窝网状结构中强大的面内sp2杂化键的存在。石墨烯的化学惰性可应用于防止金属和金属合金的氧化。陈等（Chenetal.,2011）用化学气相沉积技术将石墨烯镀在铜和铜╱镍上，首次演示了石墨烯的抗氧化性能。石墨烯具有的化学稳定性和惰性使它有望提高潜在的光电子器件的耐久性（Blakeetal.,2008）。7.阻隔性石墨烯片具有高度灵活性。它们可以像气球一样被拉伸，甚至在几种大气的立压差下也无碍。即使是像氦这样的小原子也无法渗透它。有些文献会使用氧化石墨烯来阻隔膜，我现在才发现是因为石墨烯分散性较差而不得不做的取舍，毕竟石墨烯成膜性高，再者，氧化石墨烯是亲水性会吸水，而石墨烯为疏水性，阻水性更佳

石墨是由一层层蜂窝状有序排列的平面碳原子构成的晶体。当把石墨片通过物理或化学方法剥成单层之后，这种只有一个单原子层的石墨薄片称为单碳层石墨烯。

主要的物理方法有：机械剥离法、液相或气相直接剥离法；化学方法有：表面析出生长法、氧化石墨还原法、化学气相沉积法、化学合成法。不要看石墨烯薄，它的硬度甚至比钢铁要高几百倍！

因为薄，所以石墨烯具有良好的透光性，以肉眼来看，完全可以说它是透明的。同时，由于石墨烯具有良好的强度、柔韧度、导电导热性能，为复合材料、纺织领域、电子信息、节能环保、生物医药、化工、航空航天等很多领域带来了巨大的改变。

但是，并不是只有单层石墨烯才叫石墨烯。按层数：它可分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯。按被功能化形式：它可分为氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯等。按外在形态：它可分为片、膜、量子点、纳米带或三维状石墨烯等。

石墨烯是目前为止导热系数最高的材料，具有非常好的热传导性能，所以它被大量运用在全新的采暖行业。和常规发热膜一样，石墨烯需要通电才能发热，当在石墨烯发热膜两端电极通电的情况下，电热膜中的碳分子在电阻中产生声子、离子和电子，由产生的碳分子团之间相互摩擦、碰撞(也称布朗运动)而产生热能，热能又通过控制远红外线以平面方式均匀地辐射出来。

石墨烯通电后，有效电热能总转换率达99%以上，同时加上特殊的超导性，保证发热性能的稳定。但是与常规金属丝发热膜不同的地方在于，发热稳定安全，而且散发出来的红外线被称为“生命光线”。

综上所述，石墨烯材料良好的导电导热性能非常适合应用于新型采暖行业，让采暖过程更加舒适，便捷。

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