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文献综述

石墨烯或称纳米石墨片(graphene，GE),是指一种由单层六角元胞碳原子组成的蜂窝状二维晶体。作为碳纳米管的组成,它和碳纳米管有着许多共同的性质,如很高的导热性和导电率。更重要的是它的厚度为0.34nm,尺度为几微米到几十微米,这样石墨烯有很高的长径比(长度和厚度的比值),使石墨烯能成为很好的场发射材料。

2004年曼彻斯特大学物理学教授Geim[等[1]用胶带剥离石墨晶体首次获得了石墨烯。石墨烯是其他各种碳材料的基本结构单元，它可以翘曲成零维的富勒烯(fullerence)、卷曲成一维的碳纳米管(carbonnanotube,CNT)、堆垛成三维的石墨晶体(graphite)[2]。这种严格的二维晶体材料具有极好的结晶性及电学质量，它在过去短短3年内已充分展现出在理论研究和实际应用方面的无穷魅力，人们普遍预测石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景，迅速成为材料科学和凝聚态物理领域最为活跃的研究前沿。

一、石墨烯性质的概述

石墨烯表现出许多优异的性质，例如石墨烯是世界上最坚固的材料(杨氏模量1.7TPa),理论比表面积高达2630m/g，具有良好的导热性(5000W/(m.k)）和室温下高速的电子迁移率(200000cm2/(V.s))。同时，其独特的结构使其具有完美的量子霍尔效应独特的量子隧道效应双极电场效应等特殊的性质。

石墨烯是构筑其他维数碳质材料的基本单元，由于石墨烯优异的性能，极大的比表面积和较低的生产成本(相对于碳纳米管),非常适合于开发高性能的复合材料。

石墨烯各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就会弯曲变形来适应外力，而不必使碳原子重新排列，这样就保持了结构的稳定。石墨烯中的电子在轨道中运动时，不会因晶格缺陷或掺杂原子而发生散射。由于原子间作用力较强，即使在常温下周围碳原子间发生挤撞，

石墨烯具有重要理论研究价值。石墨烯是零带隙半导体，独特的载流子特性是其备受关注的重要原因之一。在凝聚态物理领域，材料的电学性能常用薛定谔（Schrdinger）方程描述。而石墨烯的电子与蜂窝状晶体结构周期势的相互作用产生了一种准粒子，即零质量的狄拉克-费米子（masslessDiracfermions），具有类似于光子的特性，在低能区域适合于采用含有有效光速（vF≈106m-1s-1）的(2 1)维狄拉克方程来精确描述。因此，石墨烯的出现为相对论量子力学现象的研究提供了一种重要手段。

近年来在石墨烯的电学性能研究中发现了多种新奇的物理现象，包括两种新型的量子霍耳效应、零载流子浓度极限下的最小量子导电率（e2/h）、量子干涉效应的强烈抑制以及石墨烯p-n结界面的电流汇聚特性等。最近，Novoselov等观察到石墨烯具有室温量子霍耳效应，将原来的温度范围扩大10倍，进一步证实了石墨烯独特的载流子特性和优异的电学质量。

二、石墨烯在电子器件方面的应用