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1.2石墨烯简介 1.2.1 石墨烯的发现及结构 碳元素是地球上广泛存在的一种重要的元素，是构成生物与自然界物质基础的核心元素之一。在人类的发展史中，碳材料始终扮演着非常重要的角色，与人们的生产和生活有着密不可分的联系。碳元素具有独特的物性和多样的形态，随着人类文明的进步而逐渐被发现。1985 年富勒烯(Fullerene)的发现[7]和 1991 年碳纳米管(Carbon nanotube)的发现[8]，扩大了碳的同素异形体的范畴，也使人们对碳元素的多样性有了更深刻的认识，富勒烯和碳纳米管所引发的纳米科技对人类认知、社会发展的贡献难以言喻。
2004 年，英国曼彻斯特大学的 Geim 等人发现了一种由 sp2杂化的碳原子连接的单原子层的新型二维原子晶体，即石墨烯(Graphene)，其厚度只有0.335 nm。石墨烯、富勒烯和碳纳米管的结构都源自于的单层碳原子层，如图 1.1所示，石墨烯可看作是其他维数碳材料的基本结构单元，它可以成拼装成零维的富勒烯(Fullerene)，卷曲成一维的碳纳米管(Carbon nanotube)，堆叠成三维的石墨晶体（Graphite）[6]。1.2.2 石墨烯的性质 石墨烯具有许多优异的性质。例如,石墨烯是目前世界上最薄的材料(厚 0.335 nm)，最坚固的材料(杨氏模量为1060 GPa)[9]，理论比表面积高达(2630 m2· g-1)[10]，具有 良 好 的 导 电 性 能 (5000 W·m-1·K-1)[11]， 以 及 室 温 下 高 速 的 电 子 迁 移 率(200000cm2·V-1·S-1)[12]。同时，石墨烯独特的电子结构，使其具有独特的量子隧道效应、半整数的量子霍尔效应、双极电场效应、从不消失的电导率等特殊的性质，由此石墨烯可被应用于许多新兴材料与器件中，如薄膜材料、液晶材料、储氢材料、纳米电子器件和复合材料等。