（3）光学显微镜 ACS Nano, 2008, 2 (8), pp 1625– 1633
总色差方法辨别石墨烯层数
X 0.489989 0.310008 0.20R
Y
0.176962
0.812400
0.01G
Z 0.000000 0.010000 0.99B
彩色图像-----RGB值-----XYZ-----TCD
石墨烯材料
碳的成键形式
石墨烯的组成与结构
石墨简介
石墨（graphite）是一种结晶形碳。六方晶系, 为铁墨色至深灰色。密度2.25克/厘米3,硬度 1.5,熔点3652℃,沸点4827℃。质软,有滑腻感, 可导电。
化学性质不活泼,耐腐蚀,与酸、碱等不易 反应。在空气或氧气中加强热,可燃烧并生成二 氧化碳。强氧化剂会将它氧化成有机酸。
石墨烯的性质
光学性质
根据理论推导，石墨烯会吸收2.3%的白光；
实验证实这结果正确无误，石墨烯的不透
明度为2.3%，与光波波长无关。由于它几
乎全部是透明的，但又十分密集，甚至是
氦也难以穿过它。石墨烯凭借其很高的导
电性和透光性，还可用于透明电极、触摸
屏、液晶显示、有机光伏电池以及超级电 容器等领域。
Photograph of graphene in transmitted light. This one-atom-thick crystal can be seen with the naked eye because it absorbs approximately 2.3% of white light.
(5)可塑性：石墨的韧性很好，可碾成很薄的薄片。 (6)抗热震性：石墨在高温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏
1564 –hene is isolated by A. Geim and collaborators
Andre Geim
198 5
石墨烯的晶格结构与其相应的倒格矢空间
石墨烯能带结构
石墨烯层数的表征方法
（1）扫描隧道显微镜（STM）
具有很高的空间分辨率，横向为 0.1~0.2nm，纵向可达0.001nm。
单层石墨烯厚度只有0.335nm
（2）原子力显微镜表征
原子力显微镜的分辨能力：纵向分辨率0.01nm，横向分辨率 1nm；但分辨率易受环境干扰且对操作人员技术要求苛刻； 原则上原子力显微镜可用于直接表征石墨烯的厚度和层数。 石墨烯附着在基片上，基底与石墨烯片层之间的间隔以及 AFM针尖和仪器带来的误差，使得单层石墨高度约为0.8 nm， 双层石墨高度则约为1.2 nm。
circular wells (diameters 1.5 μm*1μm, depth 500 nm)
基底表面阵列孔洞的加工方法
纳米压印
反应离子刻蚀
轻质特性
单原子层厚度使得石墨烯非常轻。考虑到石墨烯上的每个六角形 蜂窝的面积是0.052平方纳米，相应地一平方米上有两千亿亿个。 而碳原子大约是六角形的二倍。这样算出来的结过是，一平米的 石墨烯的重量是0.77毫克。
力学性质
石墨烯是至今测量过的强度最大的材料，比结构钢的强度要 高200倍。这就好比需要让一头大象站在一支铅笔上，才能突破一 张保鲜膜厚度的石墨烯薄层。
石墨烯虽然很结实，但是其柔韧性特别好，可以随意弯曲、 折叠或象卷轴一样卷起来。石墨烯中碳原子的之间的连接非常柔 韧，当施加外部应力时，碳原子面就弯曲变形，碳原子不必重新 排列来适应外力，因而就保持了结构稳定性。
确定层数的方法：根据光源光谱薄膜结构计算不同层数对应的理论TCD值，与实验获取的 图像计算得到的TCD值比对，获得层数信息。
(4)拉曼光谱法 Nano Lett.7(2), 238–242 (2007).
•G峰(1580cm-1)是碳环和碳链中碳原子的sp2 键的伸缩模式导致的，反应材料的对称性和 有序度；石墨烯层数越多，G峰越高； •D’峰(2700cm-1)是双声子共振拉曼峰;单层石 墨烯片的D’峰宽约为30cm-1，双层石墨烯片 的D‘峰宽约为50cm-1，三层以上更宽但差别 不大。 •G′峰是区域边界声子的二级拉曼散射 •D峰(1360cm-1)是由sp2原子的声张膜引起的缺陷峰
热学性质
利用基于共焦显微拉曼光谱技 术测量得到石墨烯的热导率为 4840－5300W/(mK)，是金刚石 的五倍，石墨烯的热导率与单 壁碳纳米管，多壁碳纳米管相 比有明显提高。而在石墨烯发 现以前，金刚石是已知自然界 中热导率最高的。
Thermal conductivity
Graphene:4840-5300W/(m*K) SWCNT：3500W/(m*K) MW-CNT:3000W/(m*K) Diamond:1000-2000W/(m*K)
(2)导电、导热性：石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、 铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度 下，石墨呈绝热体。
(3)润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数 越小，润滑性能越好。
(4)化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有 机溶剂的腐蚀。
用作抗摩剂和润滑材料,制作坩埚、电极、 干电池、铅笔芯。高纯度石墨可在核反应堆上 作中子减速剂。常被称为炭精或黑铅,因为以前 被误认为是铅。
石墨性能
(1)耐高温性：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电 弧灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高 而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。
研究团队从一块大石墨晶体上挑拣出微小的石墨烯样本，使这 些样本的每一单个原子都处于表面，接着将这些新建的二维样本 置于蚀刻在硅上的小孔上，从而制作出只有一个原子厚的微型圆 形薄膜，石墨烯则因原子间的引力而粘附在硅上，为了测试薄膜 的强度，科学家用一个半径为200亿分之一米、带有钻石尖端的原 子力显微镜来推动薄膜中心。这些每个直径约1微米的样本，因为 没有瑕疵，使得科学家能测试其弹性与断裂点的特性,测得石墨烯 单层的杨氏模量为1TPa