石墨烯的二维蜂窝状结构是具有一定周期性的（如图 1。1）。但这种空间结构，部分科

本科毕业设计说明书 第 3 页 学家对此产生质疑，他们认为单层原子的石墨烯结构是不能稳定存在的。这就又引起了人们 对稳定石墨烯结构的探索。一些早期的工作中，科学家发现，稳定的石墨烯结构需要在特定

的衬底作为依托，与之相互维持。那么无衬底状态下的稳定石墨烯结构让科学家们兴致昂然， 吸引了很多眼球。

图 1。1 石墨烯结构图

科学家 Meyer 等人利用悬挂法把石墨烯样品固定在支架上，石墨烯将不与任何衬底接触， 如图 1。2（左）所示，获得了自由状态的石墨烯。结果表明，由于热力学涨落的存在，石墨 烯会形成空间结构上的褶皱，计算结果显示，这些褶皱所形成的峰之间的距离大约在 50 到

100 Å左右6，如图 1。2（右）所示。我们于此可以得出，褶皱是石墨烯在实验上稳定存在的 关键点。科学家又做了后续的科学计算，利用蒙特卡洛方法模拟，在理论上验证了上述的实

验结果，计算发现这些峰之间的距离大约为 8 Å，和实验值接近。而且他们认为，在热力学 涨落的作用下，这种褶皱会自发形成。综上所述，石墨烯结构并不是简单的二维平面结构。 这些研究结果对我的工作十分有帮助。因为二维硅烯的结构和石墨烯很相近，我的研究出发 点就由此产生。同时，这也给我对硅烯表面银掺杂工作有很好的借鉴。

图 1。2 左图为悬挂法下自由状态石墨烯，右图为褶皱状态的石墨烯

1。1。2 氮化硼

在元素周期表中，硼、氮两种元素与碳元素近邻，人们就想到把石墨烯中的碳原子用这 两种原子交替替换，这样氮化硼结构就出现了。它的结构是六方晶格形式（如图 1。3），这 种新颖的结构很快就受到科学家的关注。在模拟实验结果中，这种新型二维材料的几何空间

构型和石墨烯有着相似之处，可是它们的电子结构特征就大不相同。进一步，二维材料氮化 硼的研究，由于它是非碳元素的结构，这开阔了人们对二维材料的研究视野，有利于对这一 领域的深入了解与发展。

氮化硼几何结构有很高的对称性。经过计算，完整且平整的单层六方晶格氮化硼材料， 在温度为 OK 时，距离最近的两个相同原子的距离是 a=2。532 Å，硼和氮键的键长 为7：

R= a / 3 Å。单层六方晶格氮化硼和石墨烯的空间几何结构大同小异，但是有他们的单层结构拓展成多层结构时会有很大的差 异8。如图 1。4-1。5 所示，由石墨烯是以 AB 堆积形式组 成石墨，氮化硼是以 AA 堆积方式组成三维的氮化硼结构。同时，科学家还发现，氮化硼的 能带结构中可以观察到明显的禁带，这就说明，氮化硼是可以做成优良的半导体材料。文献综述

图 1。3 单层六方晶格氮化硼结构示意图，黑球代表硼原子，白球代表氮原子，a 为最近邻两个相同原子间 距离，R 是硼氮键长

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图 1。4 石墨 AB 堆栈结构图

图 1。5 氮化硼 AA 堆栈结构图

1。2 相关研究现状

1。3 未来研究前景

众所周知，硅烯材料凭借它的优良导电性能，有望成为未来晶体管十分理想的原材料。 但是正如科学家 Akinwande 表示，科学发展至今，以硅烯为材料的晶体管不是很稳定，如果 硅烯暴露在空气中，不到 2 分钟就会发生降 解18。这种现象已引起学术界广泛地关注，目前科学家们正在努力寻找可以使硅烯晶体管增加寿命的方法。