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石墨烯专用喷雾干燥机
石墨烯概念石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯狭义上指单层石墨，厚度为0.335nm，仅有一层碳原子。但实际上，10层以内的石墨结构也可称作石墨烯，而10层以上的则被称为石墨薄膜。单层石墨烯是指只有一个碳原子层厚度的石墨，碳原子-碳原子之间依靠共价键相连接而形成蜂窝状结构。**的石墨烯具有理想的二维晶体结构，由六边形晶格组成，理论比表面积高达2.6×102m2/g。石墨烯具有优异的导热性能(3×103W/(m?K))和力学性能(1.06×103 GPa)。此外，石墨烯稳定的正六边形晶格结构使其具有优良的导电性，室温下的电子迁移率高达1.5×104 cm2 /(V·s)。石墨烯特殊的结构、突出的导热导电性能和力学性能，目前成为材料科学研究热点。
石墨烯结构图
石墨烯结构石墨烯指仅有一个原子尺度厚单层石墨层片，由 sp2 杂化的碳原子紧密排列而成的蜂窝状晶体结构。 石墨烯中碳 -碳键长约为 0.142nm。每个晶格内有三个σ键，连接十分牢固形成了稳定的六边状。垂直于晶面方向上的π键在石墨烯导电的过程中起到了很大的作用。石墨烯是石墨、
碳纳米管、富勒烯的基本组成单元，可以将它看做一个无限大的芳香族分子，平面多环烃的极限情况就是石墨烯。
形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构，看上去就像一张六边形网格构成的平面。在单层石墨烯中，每个碳原子通过 sp2 杂化与周围碳原子成键给构整流变形，每一个六边单元实际上类似苯环，碳原子都贡献出个一个未成键电子。单层石墨烯厚度仅0.35nm ，约为头发丝直径的二十万分之一。
石墨烯的结构非常稳定，碳原子之间连接及其柔韧。受到外力时，碳原子面会发生弯曲变形，使碳原子不必重新排列来适应外力，从而保证了自身的结构稳定性。
石墨烯是有限结构，能够以纳米级条带形式存在。纳米条带中电荷横向移动时会在中性点附近产生一个能量势垒，势垒随条带宽度的减小而增大。因此，通过控制石墨烯条带的宽度便可以进一步得到需要的势垒。这一特性是开发以石墨烯为基础的电子器件的基础。
石墨烯能带结构图
石墨烯性能石墨烯是一种超轻材料，面密度为0.77mg/m2，的主要性能是： 一是具有超强的导电性。石墨烯的电子迁移率比纳米碳管或硅晶体高，是硅的100倍，在室温下可以达到15 000cm2 /( V·s) 。电阻率比铝、铜和银低很多，只有10 ～ 6Ω·cm 左右。二是具有超强的导热性。石墨烯的导热性能优于碳纳米管，是铜、铝等金属的数10倍，导热系数高达5300W/m?K。三是具有超强的力学性，石墨烯的硬度超过金刚石，断裂强度达到钢铁的100倍。四是具有超强的透光性。石墨烯的吸光率非常小，透光率高达97. 7%。五是具有超强的比表面积。石墨烯的比表面积每克比普通活性炭高出1130m2，达到2630m2 /g。
石墨烯的光学性能
石墨烯是已知的世上*薄、*坚硬的
纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，具有优异的光学性能。理论和实验结果表明，单层石墨烯吸收2.3%的可见光，即透过率为97.7%。从基底到单层石墨烯、双层石墨烯的可见光透射率依次相差2.3%，因此可以根据石墨烯薄膜的可见光透射率来估算其层数。结合非交互狄拉克-费米子理论，模拟石墨烯的透射率，可以得出与实验数据相符的结果。
根据折射和干涉原理，不同层数的石墨烯在光学显微镜下会显示出不同的颜色和对比度，为石墨烯层数的辨别提供了方便。
理论和实验表明大面积石墨烯薄膜同样具有优异的光学性能，且其光学特性岁石墨烯的厚度发生变化。石墨烯薄膜是一种典型的透明导电薄膜，可以取代氧化铟锡（ITO）、掺氟氧化铟（FTO）等传统薄膜材料，即可克服ITO薄膜的脆性缺点，也可解决铟资源稀缺对应用的限制等诸多问题。石墨烯透明导电薄膜可作为染料敏化
太阳能电池和液晶设备的窗口层电极。
另外，当入射光的强度超过某一临界值时，石墨烯对其的吸收会达到饱和。这一非线性光学行为成为饱和吸收。在近红外光谱区，在强光辐照下，由于其宽波段吸收和零带隙的特点，石墨烯会慢慢接近饱和吸收。利用这一性质，石墨烯可用于超快速光子学，如光纤激光器等。
石墨烯的电学性能
石墨烯的每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道电子形成π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯优异的导电性。由于原子间作用力非常强，在常温下，即使周围碳原子发生碰撞，石墨烯中的电子收到的干扰也很小。电子在石墨烯中传输时不易发生散射，传输效率1.5×105cm2/(V·s)，约为硅中电子迁移率的140倍。其电导率可达106s/m，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率*小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜。人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能，超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑
芯片以这种方式浪费72%-81%的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻常的优良特性。
石墨烯的力学性能
石墨烯是一直材料中强度和硬度* 高的晶体结构。其抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa。石墨烯的强度极限为42N/m2。理想石墨烯的强度约为普通钢的100倍，面积为1m2的石墨烯层片可承受4kg的质量。石墨烯可作为一种典型的二维增强材料，在
复合材料领域具有潜在的应用价值。
石墨烯的热学性能
石墨烯的强度比金刚石还要硬，在高温下，还能保持其原有的形态，从这一点就震撼了物理界，主要是因为石墨烯内碳原子排列是有规有律的，当施加外力作用于石墨烯时，内部的碳原子不会发生位移，只是发生了弯曲变形，就可以抵 制外力，保证自己的稳定性。
石墨烯的室温热导率是室温下铜的热导率的10倍多，导热系数高5300W/m?K，高于碳纳米管和金刚石。石墨烯的理论比表面积可达2630m2/g，用石墨烯支撑的微传感器可以感应单个原子或分子，当气体附着或脱离石墨烯表面时，吸附的分子改变了石墨烯的局部载流子浓度，导致电阻发生阶跃型变化。这一特性可用于制作气体传感器。理论计算表明，石墨烯与锂可形成多孔复合结构，具有极强的氢气储存能力。
石墨烯的磁学性能
石墨烯氢化以后往往会具有铁磁性，主要是由于石墨烯在氢化以后，在边缘处有孤对电子对，这样就使得石墨烯有磁性。研究人员还在有磁场的情况下，做过通过改变温度，看能否让石墨烯的磁性有所变化。确定磁场强度为1T，当温度T＜90K 时，石墨烯会表现出顺磁特性；当温度T＞90K 时，石墨烯会呈现出了反磁特性。
石墨烯的化学性能
石墨烯的电子性质受到了广泛关注，然而石墨烯的化学性质却一直无人问津，至今关于石墨烯化学性能我们只知道的是：石墨烯可以将周围的原子和分子进行有序的吸附（例如：二氧化氮，氨，钾），这条性质和我们所认知的活性炭有些相似。二氧化氮，氨，钾往往是被作为给体或受体，使得石墨烯内部的碳原子浓度发生变化，然而石墨烯本身就是一种导电材料。其它的吸附物，如氢离子和氢氧根离子则会产生导电性很差的衍生物，但这些都不是新的化合物，只是石墨烯装饰不同吸附物而已。由于石墨烯和石墨都是碳的同素异形体，从化学的角度上来看，往往它们具有一些相同的性质，所以在一些石墨烯不熟悉的领域可以通过石墨来进行相应的实验，来发现石墨烯的规律，有了这条比较简单又方便的思想，在未来，石墨烯更多的化学性质将会被挖掘出来。
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湖北 - 武汉
2024年12月27日 ~ 29日
