石墨烯(Graphenes)：是一种二维碳资料

石墨烯的二维布局(二维布局是指原子或离子集团中的原子或离子具有正在空间沿二维标的目的的正、反向延长做有纪律排布的布局)使得它正在层状材猜中的比概况积最大，概况部位取体相间无区别，这对高超性必不成少，这种材料已成为其它纳米材料传感器实施背后的次要鞭策力。超高比概况取奇异电子性质的连系意味着石墨烯上任何的都容易检测到，石墨烯导向的传感器检测概况上下的单个很。二维石墨烯的获得使设想和制备石墨烯导向的电极并使其使用正在电化学传感器和生物传感器中成为可能。

石墨烯(Graphenes)：是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯的统称。

石墨烯薄膜的2D峰正在2660附近，半峰广大约为65。2D 峰源自双沉共振电子光子散射过程，其峰位和强度被用来辨别石墨烯的层数。G峰正在1580 附近，是sp2杂化布局碳的特征峰，是石墨烯材料对称性和结晶程度的反映。按照2D峰的峰位，半峰宽和/强度比，能够确定石墨烯根基为单层。从图上能够看出，正在1300到1400范畴内，根基上没有D峰信号(D 峰代表的是石墨烯的无序性，属于缺陷峰)，这申明获得的石墨烯具有很高的质量。

。此中 =2.3%为单层石墨稀的非饱和接收效率,n为石墨稀的层数。按照上式得出的多层石墨烯对光的接收率和层数的关系,跟着层数的添加,石墨烯对光的接收率也变大,10层时接收率达到0.207。接收波长取决于能带间隙，即禁带宽度。由于石墨烯为零带隙布局，理论上对任何波长都有接收感化，别的，当入射光的强度跨越某一临界值时，石墨烯对其的接收会达到饱和，这一非线性光学行为称为可饱和接收。

1 mm 厚的导电银漆(PELCO)涂覆正在石墨烯的两侧别离做为源电极(Source)和漏电极(Drain)，并取测试的外电相连。器件的丈量室尺寸为 1.0 cm×1.0 cm×0.2cm。石墨烯间接发展正在石英基片的概况做为导电沟道(发展方式如上章所述)，石墨烯生物传感器采用了场效应管(FET)的构制，厚度为 25 m 镍箔垂曲安拆正在器件顶部做为栅电极(Gate);

单层石墨烯(Graphene)：指由一层以苯环布局(即六角形蜂巢布局)周期性慎密堆积的碳原子形成的一种二维碳材料。

少层石墨烯(Few-layer or multi-layer graphene)：指由3-10层以苯环布局(即六角形蜂巢布局)周期性慎密堆积的碳原子以分歧堆垛体例(包罗ABC堆垛，ABA堆垛等)堆垛形成的一种二维碳材料。

电子正在石墨烯中传输时不易发生散射，表白石墨烯的次要散射机制是缺陷散射。能够提高石墨烯的完整性来添加其迁徙率。

除了概况褶皱之外，正在现实中石墨烯也不是完满存正在的，而是会有各类形式的缺陷，包罗描摹上的缺陷(如五元环，七元环等)、浮泛、边缘、裂纹、杂原子等。这些缺陷会影响石墨烯的本征机能，如电学机能、力学机能等。可是通过一些报酬的方式，如高能射线映照，化学处置等引入缺陷，却能成心的改变石墨烯的本征机能，从而制备出分歧机能要求的石墨烯器件。

石墨烯和石墨烯基材料导电性好、比概况积高、通明度高、电位窗口宽，因而，它们成为能量转换安拆中一种极有前途的电极材料。石墨烯基材料电极的长处已正在取能量相关的电化学安拆的使用中获得证明，如锂电池(LIBs)、太阳能电池、超等电容器等。

电化学发光是一种通过电化学激发反映发生化学发光的现象。电化学发光传感器中石墨烯的超高导电性质能无效地推进电子转移。当石墨烯进入传感器平台，它能够充任发光团和电极之间的通。并且，石墨烯的引入能够提高平台的概况积和孔隙率，这能够使共反映物扩散得更快。

石墨烯基材料的电催化感化来自两个分歧路子。一方面，石墨烯或其衍生物本身有极好的催化性质。石墨烯显著的快速电子传送功能和活跃的电催化感化次要是因为呈现正在垂曲石墨烯纳米片最初的雷同于热解石墨边缘平面的边缘面/缺陷。另一方面，正在石墨烯上堆积无机金属，特别是贵金属纳米颗粒，构成石墨烯衍生物，因为贵金属纳米颗粒有着极好的催化活性，因而构成的石墨烯衍生物呈现出新的电催化性质。

当固定于微栅概况上的生物探针正在取方针物发生彼此感化后，会惹起 FET 源极(Source)和漏极(Drain)之间电位和电荷密度等参数的信号变化。因而能够实现看待测物的阐发检测。因为石墨烯的能级大小能够通过润色和改性来调控，它被认为是一种抱负的 FET 原件。

石墨烯的每一单元晶格有2 个碳原子,导致其正在每个布里渊区有两个等价锥形订交点(K和K)点，再订交点附近其能量于波矢量成线性关系

如图1.2所示，石墨烯是富勒烯(0维)、碳纳米管(1维)、石墨(3维)的根基构成单位，能够被视为无限大的芳喷鼻族。抽象来说，石墨烯是由单层碳原子慎密堆积成的二维蜂巢状的晶格布局，看上去就像由六边形网格形成的平面。每个碳原子通过sp杂化取四周碳原子形成正六边形，每一个六边形单位现实上雷同一个苯环，每一个碳原子都贡献一个未成键的电子，单层石墨烯的厚度仅为0.335nm，约为头发丝曲径的二十万分之一。

石墨烯是一种由碳原子以sp杂化轨道构成六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜，是一种只要一个原子层厚度的二维材料。如图1.1所示，石墨烯的原胞由晶格矢量a1和a2定义每个原胞内有两个原子，别离位于A和B的晶格上。C原子外层3个电子通过sp杂化构成强键(蓝)，相邻两个键之间的夹角120，第4个电子为公共，构成弱键(紫)。石墨烯的碳-碳键长约为0.142nm，每个晶格内有三个键，所有碳原子的p轨道均取sp杂化平面垂曲，且以肩并肩的体例构成一个离域键，其贯穿整个石墨烯。

石墨烯的每个晶格内有三个键，所有碳原子的p轨道均取sp杂化平面垂曲，且以肩并肩的体例构成一个离域键，其贯穿整个石墨烯。电子正在平面内能够挪动,使石墨烯具有优良的导电性石墨烯奇特的布局使其具有室温半整数量子霍尔效应，双极性电场效应，超导电性，高载流子率等优异的电学性质，其载流子率正在室温下可达到。

场效应晶体管是电压节制型半导体器件，能够通过外加电场来调控其工做电流的取封闭，具有输入电阻高(~)、噪声小等多种长处。场效应晶体管的布局次要分为底栅、顶栅、环栅和侧栅四种。场效应器件的开关比是指器件处于开态和关态时的电流比;载流子迁徙率是指正在单元电场感化下载流子正在导电沟道中的平均速度。两者配合决定了半导体材料机能，当测试前提不异时，半导体材料的开关比和载流子迁徙率越大，机能越高。石墨烯的二维平面布局和超高的载流子迁徙率(室温下可达 cm/Vs)使其正在场效应晶体管范畴具有十分广漠的前景。不外因为石墨烯是零带隙布局，无法实现器件的关态，因此开关比很低，这正在必然程度上障碍了石墨烯的使用。

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道构成六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜，是一种只要一个原子层厚度的二维材料。如图1.1所示，石墨烯的原胞由晶格矢量a1和a2定义每个原胞内有两个原子，别离位于A和B的晶格上。

E：能量，?：约化普朗克，：费米速度，1*m/s，别离是波矢量再X-和Y-轴的分量。因而，使得石墨烯中的电子和空穴的无效质量均为零，所有电子，空穴被称为狄拉克费米子。订交点为狄拉克点，正在其附近能量为零，古石墨烯的带隙(禁带)为零。石墨烯奇特的载流子特征和无质量的狄拉克费米子属性使其可以或许正在室温下不雅测到霍尔效应和非常的半整数量子霍尔效应(当电流垂曲于外通过导体时，正在导体的垂曲于和电流标的目的的两个端面会呈现电势差)。表了然其奇特的载流子特征和优秀的电学性质。

研究发觉,石墨烯的热导率可达 5000 W/mK,是金刚石的 3倍。石墨烯同样是一种优秀的热导体。由于正在未石墨中载流子密度较低，因而石墨烯的传热次要是靠声子的传送，而电子活动对石墨烯的导热能够忽略不计。

当绝对零度下，半导体的价带是满带(完全被电子占领)。当受光电或热激发后价带中的部门电子(石墨烯的电子活动速度高达m/s，是光速的1/300)越过禁带进入能量较高的空带，空带中存正在电子后成为导带，价带中贫乏一个电子后构成一个带正电的空位，成为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称为电子-空穴对，则电子，空穴能挪动成为载流子。它们正在外电场感化下发生定向活动构成宏不雅电流，别离成为电子导电和空穴导电。

正在石墨烯二维平面内,每一个碳原子都以键同相邻的三个碳原子相连,相邻两个键之间的夹角120，键长约为0.142nm,这些C-C键使石墨烯具有优良的布局刚性，石墨烯是世界上已知的最安稳的材料,其本征(断裂)强度可达130GPa,是钢的 100多倍,杨氏(拉伸)模量为1100GPa。如斯高强轻质的薄膜材料,无望用于航空航天等浩繁范畴。

e是光子的电荷、C为光速,为精细布局。可见单层石墨稀对光的接收率达到了 2.3%,对于多层石墨炼片,能够看做单层石墨烯的简单叠加,每一层的接收是恒定不变的,跟着层数的添加,接收也线性增加。多层石墨烯的透过率为:

因为二维晶体正在热力学上的不不变性，所以不管是以形态存正在或是堆积正在基底上的石墨烯都不是完全平整，而是正在概况存正在本征的微不雅标准的褶皱，蒙特卡洛模仿和透射电子显微镜都证了然这一点。这种微不雅褶皱正在横向上的标准正在 8~10nm 范畴内，纵向标准大要为 0.7~1.0nm。这种三维的变化可惹起静电的发生，所以使石墨单层容易堆积。同时，褶皱大小分歧，石墨烯所表示出来的电学及光学性质也分歧。

场效应晶体管(FieldEffect Transistor FET是操纵节制输入回的电场效应来节制输出回电流的一种半导体器件)正在大规模、矫捷、低成本电子学中有潜正在的使用，因此正在过去的数十年中已惹起研究者们的留意。场效应晶体管靠电场效应运做，这种电场效应是一品种型的电荷载流子(电子或空穴)通过单一类型的半导体金属(例，一个“导电通道”)从泉源到通道的流动发生。石墨烯素质上是半金属或零带隙半导体、具有很高的载流子迁徙率,电子正在石墨烯中的传导速度比硅快良多, 并且不受温度的影响，这些优异的布局、电子和物质实现了石墨烯正在场效应晶体管中的间接使用。

石墨烯按照层数划分，大致可分为单层、双层和少数层石墨烯。前两类具有类似的电子谱，均为零带隙布局半导体(价带和导带相较于一点的半金属)，具有空穴和电子两种形式的载流子。双层石墨烯又可分为对称双层和不合错误称双层石墨烯，前者的价带和导带微接触，并没有改变其零带隙布局;而对于后者，其两片石墨烯之间会发生较着的带隙，可是通过设想双栅布局，能使其晶体管呈示出较着的关态。

双层石墨烯(Bilayer or double-layer graphene)：指由两层以苯环布局(即六角形蜂巢布局)周期性慎密堆积的碳原子以分歧堆垛体例(包罗AB堆垛，AA堆垛，AA堆垛等)堆垛形成的一种二维碳材料。