doc文档 石墨烯基础知识简介

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摘要:WORD整理版1.石墨烯(Graphene)的结构石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜,是一种只有一个原子层厚度的二维材料。如图1.1所示,石墨烯的原胞由晶格矢量a1和a2定义每个原胞内有两个原子,分别位于A和B的晶格上。C原子外层3个电子通过sp²杂化形成强σ键(蓝),相邻两个键之间的夹角120°,第4个电子为公共,形成弱π键(紫)。石墨烯的碳-碳键长约为0.142nm,每个晶格内有三个σ键,所有碳原子的p轨道均与sp²杂化平面垂直,且以肩并肩的方式形成一个离域π键,其贯穿整个石墨烯。如图1.2所示,石墨烯是富勒烯(0维)、碳纳米管(1维)、石墨(3维)的基本组成单元,可以被视为无限大的芳香族分子。形象来说,石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂巢状的晶格结构,看上去就像由六边形网格构成的平面。每个碳原子通过sp²杂化与周围碳原子构成正六边形,每一个六边形单元实际上类似一个苯环,每一个碳原子都贡献一个未成键的电子,单层石墨烯的厚度仅为0.335nm,约为头发丝直径的二十万分之一。专业学习参考资料 WORD整理版图1.1(a)石墨烯中碳原子的成键形式(b)石墨烯的晶体结构。专业学习参考资料 WORD整理版图1.2石墨烯原子结构图及它形成富勒烯、碳纳米管和石墨示意图石墨烯按照层数划分,大致可分为单层、双层和少数层石墨烯。前两类具有相似的电子谱,均为零带隙结构半导体(价带和导带相较于一点的半金属),具有空穴和电子两种形式的载流子。双层石墨烯又可分为对称双层和不对称双层石墨烯,前者的价带和导带微接触,并没有改变其零带隙结构;而对

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