2.1 电学特性
单层石墨烯的价带与导带相交于布里渊 区的六个顶点，这些顶点就是狄拉克点。由 此，我们发现石墨烯是一种特殊能带结构的 零带隙半导体材料。
➢低电阻率 ➢高迁移率 ➢高迁移速度 ➢半整数量子霍尔效应
石墨烯三维能带结构图
2、特性
2.2 力学特性
2008年，美国哥伦比亚大学两名华裔科 学家研究发现，GR是至今测量过的强度最大 的材料，比结构刚的强度要高200倍。
1、简介
“二维结构”从想象到现实
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接形成的单原子层二维晶体，其 厚度为0.335nm，碳原子规整的排列于蜂窝状点阵结构单元之中。电子显 微镜下观测的石墨烯片，其碳原子间距仅0.142nm。
1、简介
石墨烯可看作是其他维数碳质材料的基本构建模块，它可以被包成 0D的富勒烯，卷成1D的碳纳
5.4 超级电容器
石墨烯以其优异的物理化学性质迅速引起了超级电容器研究人员的强烈兴趣。
➢良好的导电性 ➢高比表面积 ➢优异的柔韧性 ➢良好的机械性能
美国加州大学洛杉矶分校和日本物质材料研究机构各自开发出了使用石墨烯作为电 极、能量密度与充电电池相当的电容器。两者在制造石墨烯时都开发了独自的方法，有 利用制造消费类产品的技术的，也有在石墨烯中加入碳纳米管的。
5、应用前景
5.3 散热薄膜
智能手机所采用的CPU速度不断增大，内存容量扩大，操作系统性能提高，超薄的 机身，对散热的要求逐渐增大。为了能够让手机热量更快散出去，不少手机厂商都会给 手机贴上石墨散热片。目前国内市场上销售的智能手机越来越多的采用石墨片作为导热 材料，例如苹果、三星、HTC、小米、魅族等等。
机械剥离 法
化学气相 SiC热分
沉积法
解法
氧化石墨 烯还原法
3、制备方法
3.1 机械剥离法
机械剥离法，是一种反复在石墨上粘贴并揭下粘合胶带来制备石墨烯的方 法，缺点是很难控制所获得的石墨烯片的大小及层数。而且只能勉强获得数mm见 方的石墨烯片。其优点是，可以获得采用其他方法时无法实现的极高品质石墨烯 片。还有人指出，“正是因为机械剥离法的出现才使石墨烯的分离研究在短时间 内取得了进展”。
时间 2008年12月 2010年09月 2010年12月 2010年12月
单位 IBM UCLA SAIT IBM
栅长 150nm 144nm 180nm 240nm
截止频率 26GHz 300GHz 202GHz 230GHz
5、应用前景
5.2 触摸面板
现有手机触摸屏的工作层中不可缺少的材料为陶瓷材料氧化铟锡（ITO） 。 由于其透明性与导电性的优秀结合，ITO被广泛地应用于电子器件。然而ITO在 使用过程中也存在一些缺点，包括：
3、制备方法
3.2 化学气相沉积法
另外，制造大面积石墨烯膜也已成为可能。采用的方法是化学气相沉积法。 这是在真空容器中将甲烷等碳源加热至1000℃左右使其分解，然后在Ni及Cu等金 属箔上形成石墨烯膜的技术。2010 年6 月韩国成均馆大学与三星电子等宣布，开 发出了可制备30 英寸单层石墨烯膜的制造工艺以及采用这种石墨烯膜的触摸面 板，这一消息让石墨烯研究人员及技术人员感到十分吃惊。不过，在1000℃高温 下采用的工艺只能以分批处理的方式推进，这是该制造工艺的瓶颈。而且这种工 艺还存在反复转印的过程中容易混入缺陷及杂质的问题。
4 、石墨烯的表征
4 .4X射线衍射（ XRD ）
XRD可用来表征石墨烯的合成过程，对每一步反应进行监控。从图可以看 到，石墨的（002）衍射峰在2=26.7度，对应d=334pm；而在经过氧化 后，（002）衍射峰消失不见，同时（002）衍射峰变强，对应2=11.7度 ，d=758pm，层间距变大应该是石墨层上引入含氧官能团的缘故
4 、石墨烯的表征
4 .5原子力显微镜（AFM）
原子力显微镜是石墨 烯片层结构最有力、最直接有效的工具。它可 以清晰地反应出石墨烯的大小、厚度等信息。
4 、石墨烯的表征
4.6其它方法
热重—示差扫描 : 用于分析温度变化过程中的物理化学变化，如晶型转变 、物质含量、相态变化、分解和氧化还原等，研究样品的热失重行为和热
5、应用前景
5.5 光电探测器
石墨烯在光电子学和光电探测应用领域极有潜力。
优点：
➢光谱带宽广 ➢响应迅速
缺点：
➢光吸收能力弱 ➢缺乏产生多倍载荷子的增益机制
石墨烯极高的导电性着实令科学家着迷，也因此激发了科学家利用石墨烯来设 计超高速光电探测器。传统的硅基光电探测器不能折叠，也不便宜，而且不够灵 敏。多年来，一种便宜、可折叠的光电探测器一直是科学家们的梦想。单层石墨烯 似乎可以胜任。然而单层石墨烯吸收光子的能力比硅还差，仅有2.3%的光子被吸 收。我们所需要的是一种迫使更多光被吸收的方法。
3、制备方法
3.4 氧化石墨烯还原法
第4 种制作工艺是三菱气体化学2000 年开发的氧化石墨烯法。这种方法首先使 石墨粉氧化，然后放入溶液内溶化，在基板上涂上薄薄的一层后再使其还原。目 前，这种方法用于制作大面积透明导电膜以及采用涂布工艺制作的薄膜晶体管。 尽管该工艺的温度较低而且方法简单，但由于采用折叠多个数十nm 见方断片的构 造，而且不能完全还原，因此存在的课题是很难确保充分的导电性及透明性。
4 、石墨烯的表征
4 .1拉曼光谱（ Raman ）
R a m an结果示,1 580 cm - 1附近出现的 G 峰来源于一阶 E 2g声子平面 振动, 反映材料的对称性和有序度 ，2 670 cm - 1附近的 2D 峰是双声子共 振拉曼峰, 其强度反映石墨烯的堆叠程度 ，石墨烯层数越多, 碳原子的 s p2振动越强, G 峰越高,
2、特性
2.4 光学特性
2008年，奈尔(Nair)等人发 现石墨烯在近红外和可见光波 段具有极佳的光透射性。他们 将悬浮的石墨烯薄膜覆盖在几 十个μm量级的孔洞上，发现单 层石墨烯的透光率可达97.7%， 而且透光率随着层数的增加呈 线性减少的趋势。
不同层数石墨烯的透射光谱
3、制备方法 石墨烯制备方法
（1）铟的价格持续上涨，使得ITO成为日益昂贵的材料； （2）ITO易脆的性质使其不能满足一些新应用（例如可弯曲的LCD、有机太阳 能电池）的性能要求；
（3）ITO的制备方法（例如喷镀、蒸发、脉冲激光沉积、电镀）费用高昂。 虽然石墨烯透明导电薄膜的研究还在初期阶段，但是石墨烯在许多方面比
ITO 具有更多潜在的优势，例如质量、坚固性、柔韧性、化学稳定性、红外透光 性和价格等。因此采用石墨烯制备透明导电薄膜是很有前景的一项工作。
3、制备方法
3.3 SiC热分解法
SiC 基板的热分解法是，将SiC 基板加热至1300℃左右后除去表面的Si，剩余 的C自发性重新组合形成石墨烯片的工艺。IBM 公司2010 年1 月将原来的机械剥离 法改为这种方法制作了石墨烯场效应管。其优点是“不会受原来SiC基板上存在的 若干凹凸的影响，可像从上面铺设地毯一样形成石墨烯片” 。而其存在的课题 是，需要非常高的处理温度，石墨烯片的尺寸不易达到数μm 见方以上，而且很难 转印至其他基板，只能使用昂贵的SiC 基板。
2、特性
“最强性能”有许多
最薄最轻 载流子迁移率最高
电阻率最低 强度最大最坚硬
导热率最高
厚0.335nm，比表面积为2630m2/g 室温下为20万cm2/Vs（硅的100倍）
约为10-6Ω•cm（比铜和银更低） 破坏强度：42N/m（结构钢的200倍）
3000~5000W/mK（硅的50倍）
2、特性
5、应用前景
5.4 超级电容器
日本物质材料研究机构（NIMS）通过在石墨烯中添加CNT来制作电极。在石墨烯 中添加CNT之后，CNT会通过自组织方式自然地进入石墨烯中。这就制造了适当的间 隙，是电流及离子的密度增加。最后使输出功率密度与能量密度达到了前所未有的高水 平，是采用活性炭电极时的10倍。
5、应用前景
5.1 晶体管
（1）我们可以利用石墨烯的高载流子迁移率及高迁移速度制作THz频 率的高速动作型射频电路用晶体管，理论上估计其工作频率可达到10THz。
（2）我们正在寻找打开石墨烯带隙的方法，从而可以用石墨烯制作逻 辑电路。
5、应用前景
5.1 晶体管
高速晶体管
世界上许多公司及大学都致力于石墨烯高速晶体管的开发，其原因之一在于 如果开发出以THz频率工作的晶体管，就可以实现电和光的控制技术无缝连接。
4 、石墨烯的表征
4 .2扫描电子显微镜（ SEM ）
GR的扫描电镜图像，可以看到GR是二维网络。GR的薄片几乎是完 全透明的，并被揉成一条卷曲的，波浪状的形状。该片的边缘部分 折叠，以便总降低表面能
4 、石墨烯的表征
4 .3透射电子显微镜（ TEM ）
4 、石墨烯的表征
TEM 分析所获得石墨烯样品的形貌。整体上石墨烯形貌是卷曲的 片状， 出现的大量褶皱起伏的片层结构， 是为了减少体系的自由 能。在TEM下，可清晰看到石墨烯呈轻纱状半透明片状结构分布， 从图中可大致估计石墨烯的层数和大小。 TEM为石墨烯的一个简 单快速的表征
2013年，该研究团队发现即使是存在缺 陷的GR仍然是目前已知的强度最高的材料。 完全由缝合晶界组成的石墨烯薄膜能保持超 高强度，这是GR在柔性电子和加强件等领域 大量应用的关键。
2、特性
2.3 热学特性
(1)石墨烯的导热率高达5300W·m-1·K-1，是铜的2倍和硅的50倍； (2)单层石墨烯的导热率与片层宽带、缺陷密度和边缘粗糙度密切相关； (3) 石墨稀片层沿平面方向导热具有各向异性的特点； (4) 在室温以上，导热率随着温度的增加而逐渐减小。
5、应用前景
5.2 触摸面板
2013年1月24日，中科院重庆研究院正式公开宣布，该院已经在铜箔衬底上生 长出15英寸的均匀单层石墨烯,并成功将其完整地转移到柔性PET衬底上和其他基底 表面,并且通过进一步应用,还制备出了7英寸的石墨烯触摸屏。