?。ㄖ袊垠w技術(shù)網(wǎng)/劉莉）石墨烯（Graphene）是由單層的碳原子緊密排列成二維的蜂巢狀六角格子的一種物質(zhì)。自從2004年Andre Geim 和他的學(xué)生Konstantin Novoselov通過實(shí)驗(yàn)從石墨里面剝離出單層的石墨烯后，石墨烯的研究和應(yīng)用在不到十年間就獲得了飛速發(fā)展，而這完全得益于石墨烯的特殊結(jié)構(gòu)和優(yōu)良性能。
1.石墨烯性能
光學(xué)性能
石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)性能。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單層石墨烯吸收2.3%的可見光，即透過率為97.7%，它幾乎是完全透明的。這一性能決定了石墨烯適合應(yīng)用于一些輕薄、透明的元器件。
電學(xué)性能
石墨烯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，各碳原子間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，無碳原子缺失情況，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動時(shí)，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射，遷移率可達(dá)200000cm2/(v*s)，約為硅中電子遷移率的140倍，其電導(dǎo)率可達(dá)104s/m，是室溫下導(dǎo)電性最佳的材料。因受溫度和摻雜效應(yīng)影響很小，低接觸電阻則有助于進(jìn)一步減小器件開關(guān)時(shí)間，超高頻率的操作響應(yīng)特性是石墨烯基電子器件的一大顯著優(yōu)勢。
力學(xué)性能
石墨烯其抗拉強(qiáng)度和彈性模量分別為125GPa和1.1TPa。石墨烯的強(qiáng)度極限為42N/m2，是已知材料中強(qiáng)度和硬度最高的晶體結(jié)構(gòu)，從而保證了石墨烯制品的使用穩(wěn)定性，也有助于促進(jìn)石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料和機(jī)械材料的研究應(yīng)用。
熱學(xué)性能
石墨烯的理論比表面積可達(dá)2630m2/g，室溫?zé)釋?dǎo)率約為5300 w/(m·k)，高于碳納米管和金剛石，是室溫下銅的熱導(dǎo)率的10倍多。對于一些電子設(shè)備，頻率越高，熱量也越高，如果導(dǎo)熱性達(dá)不到要求，頻率提升就會受到限制，填充的信號也就有限。導(dǎo)熱率高決定了石墨烯適合于高頻電路。
2.石墨烯觸摸屏應(yīng)用實(shí)例
由于石墨烯導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，透明度高，因此可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快、導(dǎo)熱性更好的新一代高頻電子元件或晶體管，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、太陽能電池。
以韓國三星公司和成均館大學(xué)進(jìn)行的研究為例，研究人員利用化學(xué)氣相沉積的方法獲得了對角長度為30英寸的石墨烯，并將其轉(zhuǎn)移到188微米厚的聚對苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜上，進(jìn)而制造出了以石墨烯為基礎(chǔ)的觸摸屏。如下圖1所示，生長在銅箔上的石墨烯先和熱剝離型膠帶（藍(lán)色透明部分）粘在一起，然后用化學(xué)的方法把銅箔溶解掉，最后用加熱的方法把石墨烯轉(zhuǎn)移到PET薄膜上去。
 圖1 生長在銅箔上的石墨烯轉(zhuǎn)移到PET薄膜的過程示意圖
研究者們在石墨烯上適當(dāng)?shù)奈恢糜∩香y電極，用銀電極把材料劃分成一塊塊3.1英寸大小的區(qū)域，然后在區(qū)域內(nèi)的石墨烯上放上規(guī)則排布的絕緣點(diǎn)陣。這樣兩片對應(yīng)的組裝在一起就做成了彈性很好的觸摸屏器件。
圖2 石墨烯觸摸屏的工作原理示意圖
如上圖2所示，觸摸屏由上下兩層粘在PET薄膜上的石墨烯構(gòu)成，沒有觸摸的情況下，兩層石墨烯被下層石墨烯上放置的絕緣點(diǎn)陣阻隔而互不接觸。當(dāng)發(fā)生觸摸時(shí)，PET薄膜和石墨烯在壓力下發(fā)生形變，上下兩層石墨烯就發(fā)生接觸，電路聯(lián)通。接觸的位置不同，器件邊緣電極收集到的電信號也不一樣，通過對電信號的分析，就可以確定觸摸屏上發(fā)生接觸的位置，從而做出響應(yīng)。
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