2024年3月23日发(作者：西门英悟)
石墨烯
1、 石墨烯的物理性质
石墨烯（Graphene），又称单层石墨，是一种由碳原子以sp
2
杂化轨道组成六角型呈
蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯（Graphene）是由单层
的碳原子紧密排列成二维的蜂巢状六角格子的一种物质。和金刚石、石墨、富勒烯、碳纳
米管还有无定形碳一样，它是一种单纯由碳元素构成的物质（单质）。如下图1所示，富勒
烯和碳纳米管都可以看成是由单层的石墨烯依照某种方式卷成的，而石墨正是由很多层石
墨烯堆叠成的。利用石墨烯来描述各种碳单质（石墨、碳纳米管和石墨烯）性质的理论研
究持续了近六十年，但是普遍认为这样的二维材料是难以稳定地单独存在的，只有依附在
三维的衬底表面或者在像石墨那些的物质内部。直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学
家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它
可以单独存在，关于石墨烯的研究才获得了新的发展。两人也因“在二维石墨烯材料的开
创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%
的光"；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过
15000 cm
2
/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10
-6
Ω·cm，比铜或银更低，
为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可
用来发展出更薄、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。石墨烯另一
个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。
石墨烯
石墨烯晶体
2024年3月23日发(作者：西门英悟)
石墨烯
1、 石墨烯的物理性质
石墨烯（Graphene），又称单层石墨，是一种由碳原子以sp
2
杂化轨道组成六角型呈
蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯（Graphene）是由单层
的碳原子紧密排列成二维的蜂巢状六角格子的一种物质。和金刚石、石墨、富勒烯、碳纳
米管还有无定形碳一样，它是一种单纯由碳元素构成的物质（单质）。如下图1所示，富勒
烯和碳纳米管都可以看成是由单层的石墨烯依照某种方式卷成的，而石墨正是由很多层石
墨烯堆叠成的。利用石墨烯来描述各种碳单质（石墨、碳纳米管和石墨烯）性质的理论研
究持续了近六十年，但是普遍认为这样的二维材料是难以稳定地单独存在的，只有依附在
三维的衬底表面或者在像石墨那些的物质内部。直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学
家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它
可以单独存在，关于石墨烯的研究才获得了新的发展。两人也因“在二维石墨烯材料的开
创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%
的光"；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过
15000 cm
2
/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10
-6
Ω·cm，比铜或银更低，
为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可
用来发展出更薄、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。石墨烯另一
个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。
石墨烯
石墨烯晶体