什么是石墨烯薄膜?

时间:2023年08月23日 13:55:1 点击次数:793来源:原创

石墨烯是近年来备受关注的一种二维材料,具有出色的导电性、机械强度和透明度等特性。作为石墨烯的衍生物,石墨烯薄膜在各个领域展现出广泛的应用前景。本文迈贝特为大家解答什么是石墨烯薄膜以及它的特性和应用。

石墨烯薄膜

一、什么是石墨烯?

石墨烯(graphene)又称单层石墨、碳单层,是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜材料,其厚度仅相当于1个碳原子的直径。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5,300 W/(m·K),高于奈米碳管和金刚石。

此外,石墨烯电阻率比铜或银更低,为目前世上电阻率最小的材料。由于它的电阻率极低,电子的移动速度极快,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电晶体。石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将会快数百倍。

简单来说, 石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料,这种二维石墨晶体薄膜的厚度只有一个碳原子厚,强度却是钢材的100倍。它是目前室温导电速度最快、力学强度最大、导热能力最强的材料。根据它的特性,你可以把它想象成一种超级材料,从电脑、手机、电池、显示屏、汽车等等,绝大多数日常用品中都可以有它的一席之地,相关市场空间超过万亿。

二、什么是石墨烯薄膜?

石墨烯分为石墨烯粉体和石墨烯薄膜两大类,目前研究较多的石墨烯粉体,在制备和应用方面都取得了一定的成果。而石墨烯薄膜主要是指通过外延生长法及化学气相沉积法(CVD)制备出来的薄膜状石墨烯材料。完美的石墨烯薄膜由于具有高导电性、高透光性、高柔韧性、高阻隔性、高机械强度、高化学稳定性、超薄等性能,在众多领域(穿戴电子产品、可折叠器件等)都具有广阔的发展前景。

石墨烯薄膜应用在手机贴膜

三、石墨烯薄膜的特性

1、单原子厚度:石墨烯薄膜的厚度仅为一个碳原子层,约为0.335纳米,因此被认为是二维材料。
2、高导电性:具有出色的电子导电性能,其电子迁移率可达到10,000 cm2/Vs,是传统材料的数十倍。
3、机械强度:尽管石墨烯薄膜仅有单原子厚度,但其具有出色的机械强度和柔韧性,是传统材料的200倍以上。
4、透明度:对可见光有很高的透过率,约为97.7%,因此可以用于制备透明电子器件。
5、热导性:具有优异的热导性,是铜的数倍,可应用于热管理和热界面材料等领域。

四、石墨烯薄膜的应用

1、电子器件:石墨烯薄膜可用于制备柔性电子器件、透明导电薄膜、场效应晶体管等,有望推动电子技术的发展。
2、光电器件:由于其高透过率和导电性,可应用于太阳能电池、光电探测器和触摸屏等光电器件。
3、传感器:石墨烯薄膜对吸附分子的敏感性很高,可用于制备气体传感器、生物传感器和化学传感器等。
4、能源存储:在超级电容器和锂离子电池等能源存储领域具有潜在应用价值。
5、薄膜涂层:可用于防腐蚀涂层、防静电涂层和防水涂层等,具有广泛的应用前景。

以上是什么是石墨烯薄膜及相关的介绍。石墨烯由于其超强的热稳定性、化学稳定性、机械稳定性以及高透光性和电子迁移率等优点,因而被认为是制造膜材料的最佳材料之一。石墨烯薄膜在电子、光子及光电设备领域的应用范围十分广泛,极具发展前景。

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