成分元素分析.doc

石墨烯成分元素分析关键词:未知物质分析成分鉴定添加剂成分分析石墨烯/碳纤维成分分析高分子材料成分分析纳米材料成分分析石墨烯(Graphene)就是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,它具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学与药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为就是一种未来革命性的材料。石墨烯的物理性质内部结构石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp2杂化轨道成键,并有如下的特点:碳原子有4个价电子,其中3个电子生成sp2键,即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子,近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键,新形成的π键呈半填满状态。研究证实,石墨烯中碳原子的配位数为3,每两个相邻碳原子间的键长为1、42×10-10米,键与键之间的夹角为120°。除了σ键与其她碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外,每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键(与苯环类似),因而具有优良的导电与光学性能。力学特性石墨烯就是已知强度最高的材料之一,同时还具有很好的韧性,且可以弯曲,石墨烯的理论杨氏模量达1、0TPa,固有的拉伸强度为130GPa。而利用氢等离子改性的还原石墨烯也具有非常好的强度,平均模量可大0、25TPa。由石墨烯薄片组成的石墨纸拥有很多的孔,因而石墨纸显得很脆,然而,经氧化得到功能化石墨烯,再由功能化石墨烯做成石墨纸则会异常坚固强韧。电子效应石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/(V·s),这一数值超过了硅材料的10倍,就是目前已知载流子迁移率最高的物质锑化铟(InSb)的两倍以上。在某些特定条件下如低温下,石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm2/(V·s)。与很多材料不一样,石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小,50~500K之间的任何温度下,单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm2/(V·s)左右。另外,石墨烯中电子载体与空穴载流子的半整数量子霍尔效应可以通过电场作用改变化学势而被观察到,而科学家在室温条件下就观察到了石墨烯的这种量子霍尔效应。石墨烯中的载流子遵循一种特殊的量子隧道效应,在碰到杂质时不会产生背散射,这就是石墨烯局域超强导电性以及很高的载流子迁移率的原因。石墨烯中的电子与光子均没有静止质量,她们的速度就是与动能没有关系的常数。石墨烯就是一种零距离半导体,因为它的传导与价带在狄拉克点相遇。在狄拉克点的六个位置动量空间的边缘布里渊区分为两组等效的三份。相比之下,传统半导体的主要点通常为Γ,动量为零。 热性能石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK,就是目前为止导热系数最高的碳材料,高于单壁碳纳米管(3500W/mK)与多壁碳纳米管(3000W/mK)。当它作为载体时,导热系数也可达600W/mK。此外,石墨烯的弹道热导率可以使单位圆周与长度的碳纳米管的弹道热导率的下限下移。光学特性石墨烯具有非常良好的光学特性,在较宽波长范围内吸收率约为2、3%,瞧上去几乎就是透明的。在几层石墨烯厚度范围内,厚度每增加一层,吸收率增加2、3%。大面积的石墨烯薄膜同样具有优异的光学特性,且其光学特性随石墨烯厚度的改变而发生变化。这就是单层石墨烯所具有的不寻常低能电子结构。室温下对双栅极双层