石墨烯

1. 结构与组成

  - 石墨烯是碳的同素异形体，碳原子通过sp²杂化键合形成单层六边形蜂窝晶格。

  - 堆叠在一起的石墨烯层（大于10层）即形成石墨，层间通过范德华力保持在一起，晶面间距0.335纳米。

2. 特性

  - 力学性能：石墨烯是目前已知的最薄且最结实的材料，强度可达130GPa，约为世界上最好的钢材的100多倍。它还具有极好的弹性，可被拉伸至自身尺寸的120%。

  - 电磁性能：石墨烯的电子传输性质极好，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，且石墨烯具有室温量子霍尔效应及室温铁磁性等特殊性质。

  - 热学性能：石墨烯具有极强的导热性能，单层石墨烯的热导率可达5000 W/m·K，是室温下纯金刚石的3倍，金属铜的12倍。

  - 光学性能：石墨烯具有优良的透光性能，光子透过率高达97.4%。

3. 应用前景：

  - 石墨烯在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。

  - 例如，石墨烯的快速导热特性与快速散热特性使其成为传统石墨散热膜的理想替代材料，广泛用于智能手机、平板电脑、大功率节能LED照明、超薄LCD电视等散热。

  - 石墨烯因其高导电性，可应用在集成电路、导电剂、传感器和锂电等领域；因其高透光率，可用于透明导电薄膜。

  - 石墨烯还有望成为未来手机电池材料的替代者，与现有的锂离子电池相比，其有望提升45%的电量，并且拥有更长的寿命。

4. 研究历史：

  - 石墨烯实际上早就存在于自然界，但难以剥离出单层结构。

  - 2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功从石墨中分离出石墨烯，并因此获得了2010年度诺贝尔物理学奖。

综上所述，石墨烯以其独特的结构和优异的性能，在多个领域展现出巨大的应用潜力和研究价值。