3.4  石墨烯的力学性质 15

4  石墨烯的制造 17

4.1  剥离法 17

4.1.1  机械剥离法 17

4.1.2  液相剥离法 17

4.1.3  热剥离法 19

4.2  生长法 20

4.2.1  化学气相沉淀法 20

4.2.2  碳化硅热分解法 25

4.2.3  金属基底特定晶面上的外延生长法 27

4.3  其他方法 32

4.3.1  剖开碳纳米管法 32

4.3.2  有机合成法 34

4.3.4  电弧放电法 36

4.3.4  直接控制石墨烯层数 37

5  石墨烯的应用 38

5.1  用于QED研究 38

5.2  作储氢材料 39

5.3  石墨烯辅助探测 41

5.4  用作传感器 42

5.4.1  气体传感器 42

5.4.2  应变传感器 44

5.4.3  触摸屏 44

5.5  复合材料 44

5.6  用于电子器件 45

5.6.1  太阳能电池 45

5.6.2  超级电容器 46

5.6.3  石墨烯电路 46

5.7  其他应用 48

结  论 49

致  谢 50

参考文献 51

1  绪论

1.1  碳家族简介

碳，是构成地球上生命的最重要元素之一，在许多技术应用中发挥了重要的作用。这是由于碳具有组成几乎无穷的材料种类的能力。对于碳单质来讲，也有形形色色的物质种类，如石墨，金刚石，碳纳米管，富勒烯，石墨烯等，涵盖了零维，一维，二维，三维领域。

碳元素在自然界中以两种形式存在：石墨和金刚石，它们都是三维晶体，是人们很早之前就已经熟知的材料。在20世纪80年代，纳米材料和纳米技术获得重大发展，从那时起，碳的其它合成同素异形体才慢慢走上历史的舞台。1985年，三位英美科学家[ ]发现了由60个碳原子构成的“足球”分子:C60 ，它是一种零维材料。这为碳家族添加了一类新成员：富勒烯。1991年，Iijima等人[ ]发现了由石墨层卷曲而成的一维管状纳米结构：碳纳米管。如今，碳纳米管已经成为一维纳米材料的典型代表。在2004年，碳家族又添一新成员[ ]：石墨烯。石墨烯的发现者Geim和Novoselov也因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。图1给出了这几种碳同素异形体的结构。从碳的合成同素异形体的发展历程来看，或许在不久的将来还会有更多的碳的合成同素异形体出现，比如说石墨炔[ , ]。