石墨烯镀Ni复合吸波材料的制备及其性能的研究(3)

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1.1.2 石墨烯的结构

石墨烯的组成是一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子(图1)。石墨烯的厚度只有0.35nm，它是世界上最薄的二维材料。即使外面施加力的作用，由于石墨烯的原子之间它们彼此有很好的柔韧性，整个原子面会随着外力的作用从而进行微观的扭曲调节以此适应外力，有效的阻止了碳原子的重新排列，从而避免了形成碳环以外的不同结构。在目前的众多研究中，还没有发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯因为它结构的特殊性，如图中所示，在整个平面内，碳原子都是以一个个六元环的形式排列结合在一起，这种形式的二维结构使得石墨烯具有许多特殊的性能，优异的光学性能，机械方面的性能，高强的硬度，电学性能等，能够应用到各个方面。

石墨烯的基本结构示意图

图1 石墨烯的基本结构示意图

1.1.3 石墨烯的性质

Andre Geim和他的同事在曼彻斯特大学使用简单的透明胶带法发现石墨烯这件事创造了凝聚态物理学革命。此后，石墨烯被誉为下一代纳米电子器件材料。石墨烯的这种特殊结构蕴含了丰富而新奇的物理现象，使其表现出了很多优异的性质特性，因此石墨烯引起了各国研究者们的广泛的关注。

就目前发现的物质来说，石墨烯是世界上最薄的材料，而且它只能吸收2.3%的光，基本上看起来完全透明，但是虽然它很薄，它却是最坚硬的纳米材料；而它的电阻率是目前世纪上最小的材料，比铜或银更低，它的导热系数可以高到5300 W/m·K，相比于同元素的碳纳米管和金刚石较高，而且在常温下石墨烯它的电子的迁移率高于纳米碳管或者硅晶体。由于上述的优秀性质决定了透明的石墨烯是良好的导体，因此它适用的方面很多，比如说用来制造透明的触控屏幕、LED光板以及太阳能节能电池。很特别的是电子在石墨烯中服从线性色散关系，行为像无质量的相对论粒子，导致一些非常独特的电子性质，如量子霍尔效应和双极电场效应等。石墨烯也易于满足电磁干扰材料“薄、轻、宽、强”的要求，是一种极有发展前途的新型吸波剂。

锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)如图a是延石墨烯某一方向剪切而成的一维材料，有N条锯齿链就标记为N-ZGNRs，以表示其宽度。ZGNRs两边具有特殊的局域电子态[3]，此边缘态沿边缘向带中心衰减，并在费米能级处形成双重简并的平滑能带。为使体系具铁磁性，其基态为反铁磁有序，两侧自旋方向相反，但同侧自旋方向一致，即总自旋为零[4]。而扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs)如图b电子结构与zigzag带有很大的区别，在AGNRs中不存在局域电子态，其电子结构性质呈半导性还是半金属性，与宽度有直接关系。石墨烯纳米带因其特殊的能带结构，为纳米吸波创造了新的吸波通道，成为一种极有发展前途的新型吸波剂，在军事隐身和民用微波防辐方面展示出巨大的应用前景。论文网

(a) 扶手型石墨烯纳米带 (b) 锯齿型石墨烯纳米带

石墨烯纳米带的不同边缘结构

1.1.4 石墨烯的吸波原理

碳系吸波材料主要有石墨、碳纳米管、炭黑和碳纤维等，这些材料不仅可以有效率的吸收雷达波，而且在同时它们还能够降低红外辐射的强度。在文献和各种研究中表明，碳系列的材料对于电磁波方面的损耗主要是介电损耗和涡流损耗。因为碳团簇中碳元素基本上以 SP3 杂化和 SP2 杂化这种形式而存在，所以我们可以通过调整实验的制备方案，不同的方法可以获得能够在较大范围内变化的电阻率的碳材料。适中的电导率不仅能够提高碳材料的阻抗匹配性能，材料自身产生的介电弛豫也会导致强烈的介电损耗从而衰减电磁波的能量[5]。