1。1。1石墨烯的结构

石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层相同，是碳原子以sp2杂化轨道呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体。由六个碳原子围成六边形，在二维平面内周期性地排布，形成蜂窝状结构，厚度约为0。34nm。石墨烯中的碳-碳键长约为0。142nm，每一个晶格内有连接十分牢固的三个键，形成了稳定的六边形结构。把石墨烯作为导电材料，导电过程中与晶面相垂直的方向上的键起到了很大的作用。碳原子之间以共价键结合，形成的sp2杂化结构，赋予了石墨烯十分突出的力学性质，以及较为良好的结构刚性。

图1：单层石墨烯及其派生物[2]

二维层状石墨烯是石墨烯的基本结构单元，但是并不存在理想的二维平面石墨烯结构，他们或多或少存在一些褶皱，当石墨烯中有部分五元环存在时，可以卷曲成球形结构形成富勒烯；还可以沿着轴向卷曲成柱状的空心的碳纳米管；也可以平行排列层层堆叠形成石墨（如图1）[2]。石墨烯薄膜的边缘碳链有着不同的形式，有的像=锯齿的形状，有的像扶手椅的形状。锯齿型石墨烯条带通常为金属型，而扶手椅型石墨烯条带则可能为金属型或半导体型。

1。1。2石墨烯的性能

由于石墨烯特殊的键接和sp2杂化等结构，赋予了石墨烯诸多独一无二的性能。如下：

（1）光学性能：因为石墨烯的电子结构比较特别，赋予了石墨烯十分优异的光学性能。在可见光范围内，Blake等人[3]用白光照射覆盖在直径几十个微米级小孔上的单层石墨烯，经检测约2。3%的可见光被吸收。研究发现当把石墨烯的层数不断地往上增加时，对可见光的吸收率也会不断地增加，两者之间存在一定的线性关系。因为石墨烯这种对可见光的高透过率，所以石墨烯在透明电极领域的应用前景十分广阔。论文网

（2）电学性能：科学家们研究发现，当我们在石墨烯上施加一个足够大小的外力时，碳原子的表面相应地会发生一定程度的弯曲变形，这告诉我们石墨烯的碳—碳之间的链接是具有良好的柔性的。这种柔韧性使得石墨烯的结构十分稳定，因此石墨烯拥有良好的导电性。此外，石墨烯碳原子之间的原子力很强都是sp2杂化结构，未参与杂化的一个p轨道电子被贡献出来形成一个大π键，他们之间相互连接起来，为电子的自由移动提供了通道，也赋予石墨烯优异的导电性。电子在石墨烯中传输的过程中出现不了由晶格本身缺陷亦或外界原子干扰引发的电子散射的情况，即使处于室温的条件下，它的导电性能也十分优越。

（3）力学性能：石墨烯是目前人类已发现的材料中强度和硬度最高的晶体结构，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。Wee等人[4]测得了单层石墨烯的杨氏模量，是通过原子力显微镜（AFM）测量得到的。Alden等人[5]研究得出在微米尺寸下的石墨烯的弹性常数为0。2N/m，而Tanenbaum等人[6]实验后发现悬挂的石墨烯薄膜的弹性常数约为1-5N/m，此石墨烯薄膜的厚度为2-8nm。石墨烯的硬度甚至比最好的钢铁强100倍，表明石墨烯是比钻石还坚硬的材料，上面的这些研究成果也表现出这一点。科学家通过计算得知，假如可以制得厚度为100nm的石墨烯的话，需要20000N的力才能扯断，石墨烯每100nm的距离上可承受的压力约为2。9μN。

（4）热学性能：在室温条件下石墨烯的热导率大约是5300 W/m•K，比碳纳米管的导热效果还要优越，经测试是室温条件下铜的热导率的十余倍之多。更为令人惊讶的是石墨烯的巨大的比表面积，理论值大约为2630m2/g。所以，石墨烯的突出的导热性让石墨烯在超大规模纳米集成电路的散热材料方面有着巨大的优势和发展前景。