石墨烯结构微妙 通过缺陷可改变性能

日期:2017-03-11 / 人气: / 编辑:涓涓细流 / 来源:聚碳

  石墨烯(Graphenes):是一种二维碳材料,是单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯的统称。由于二维晶体在热力学上的不稳定性,所以不管是以自由状态存在或是沉积在基底上的石墨烯都不是完全平整,而是在表面存在本征的微观尺度的褶皱,蒙特卡洛模拟和透射电子显微镜都证明了这一点。这种微观褶皱在横向上的尺度在 8~10nm 范围内,纵向尺度大概为 0.7~1.0nm。这种三维的变化可引起静电的产生,所以使石墨单层容易聚集。同时,褶皱大小不同,石墨烯所表现出来的电学及光学性质也不同。


单层石墨烯的典型构象

  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;而对于后者,其两片石墨烯之间会产生明显的带隙,但是通过设计双栅结构,能使其晶体管呈示出明显的关态。

  单层石墨烯(Graphene):指由一层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。

  双层石墨烯(Bilayer or double-layer graphene):指由两层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式(包括AB堆垛,AA堆垛,AA‘堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。

  少层石墨烯(Few-layer or multi-layer graphene):指由3-10层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛,ABA堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。

  除了表面褶皱之外,在实际中石墨烯也不是完美存在的,而是会有各种形式的缺陷,包括形貌上的缺陷(如五元环,七元环等)、空洞、边缘、裂纹、杂原子等。这些缺陷会影响石墨烯的本征性能,如电学性能、力学性能等。但是通过一些人为的方法,如高能射线照射,化学处理等引入缺陷,却能有意的改变石墨烯的本征性能,从而制备出不同性能要求的石墨烯器件。