「逆さま」と呼ばれるグラフェンはどこから来たのですか？

グラフェン層には、頭蓋内σ結合と視界外π結合が含まれています。 σ結合はグラフェンに電子伝導性を与え、グラフェン層間の相互作用を弱めます。共有σ結合は、六角形構造とC軸の剛直な主鎖を形成します。つまり、π結合は異なるグラフェン層間の結合を制御します。 1つの表面に3つのシグマ結合/原子が表示され、シグマ結合/原子表面に垂直なπ軌道が表示されます。

グラフェンのこれらの物理的特性をどのようにして取得したのでしょうか。

次に、詳細を見ていきましょう。

1導電率

参照：伸縮性のある透明電極用の大規模パターン成長フィルム。（Nature457,706-710（2009年2月5日）。| doi：10.1038 / nature07719）

グラフェンの新しい電子特性は、巨大な電流を維持できることです。グラフェンのπ結合は、グラフェンに電子伝導性を与え、グラフェン層間の相互作用を弱めます。グラフェンのキャリアは、シュレディンガー方程式の代わりにディラック方程式で記述できます。ハニカム結晶には2つの同等の炭素副格子があるため、円錐の価電子帯とガイドバンドは、フェルミ準位のブリルアン地区のK点とK0点で交差します。これらの高品質のフェルミ粒子は多くの優れた特徴を示しています。グラフェンは、双極電界効果、準粒子、およびより長い平均自由行程（ミクロンスケール）を明確に示すゼロバンドギャップの2次元半導体材料です。

さらに、2次元のディラックエネルギー分散は、グラフェンがゼロバンドギャップ半導体材料であり、フェルミ準位に近づくと状態密度が直線的に消失することを意味します。グラフェンを伝導すると、その電子または正孔の濃度は10E13cm-2と高くなります。卓越したキャリア移動度が約200,000cm2 / Vであることを示しています。このような高い移動度は、電子が非常にスムーズに通過し、バンドギャップを制御できる完全なグラフェンハニカム格子によるものです。半導体のように、人々は電子の動きを制御および調整して、望ましい結果を生み出すことができます。言い換えれば、グラフェンは、電子間のギャップ、つまり価電子帯と伝導帯の間のギャップを強化するエネルギーを提供できない限り、伝導に使用することはできません。

ここでは、いくつかの異なる手法でのグラフェンの導電率をリストします。

2熱伝導率

室温付近でのグラフェンの熱伝導率は、（4.84±0.44）×10 E3から（5.30±0.48）×10 E3W / mK、2008）です。グラフェンは、化学蒸着ショーによって調製低い値（<UNK> 2500W / m・K）で（Caietal。、2010）。

特定の構造タイプ、IEAAまたはABタイプがあると見なされます。グラフェンの層の数もその熱伝導率に影響を与えます。グラフェンの高い熱伝導率（強力なCAC共有結合とフォノン散乱による）により、完璧な純粋なグラフェン単分子層は、室温で最大5000 W / mK（Ballandineta、.2008）の熱伝導率を持つことができます。（2008）電子機器の重要な部分と見なされます。

室温では、単層の純粋なグラフェンの熱伝導率は、以前に研究された他のカーボン同素体、たとえばカーボンナノチューブ（多層カーボンナノチューブは3000W / mK（Kimetal。、2001）、単層カーボンナノチューブ3500W /）よりもはるかに高い。 mK（Popetal。、2005）。熱伝導率は、欠陥やエッジ散乱（Nikaetal。、2009）、同位体ドーピング（Jiangetal。、2010）などの多くの要因の影響を受けます。

一般に、ドーピングは欠陥とフォノンパターンの局在化を引き起こし、フォノン散乱を引き起こすため、これらすべての要因が導電率に悪影響を及ぼします。

3比表面積

参照。 ：グラフェンベースのウルトラキャパシター。 （NanoLett。、2008、8（10）、PP3498-3502。| DOI：10.1021 / NL 802558 Y）

グラフェンは、一辺の長さが0.142 nm、面積が0.052nm2の六角形のベンゼン環構造を形成します。したがって、表面密度は0.77 mg / m2であり、比表面積は2630m2 / Gです。

4弾性率

参照：単層グラフEの弾性特性と固有強度の測定（science.2008Jul18; 321（5887）：385-8。| do i：10.1126 / science.1157996。）

Voigtグラファイト構造方程式によると：

式では、下付き文字1と2はグラフェン表面内の2つの主な方向であり、3はその法線方向です。実験測定値は、C11 = 1060 Gpa、C12 = 36.5 Gpa、C44 = 4Gpa、C12 = 180 Gpa、およびC13 = 15Gpaでした。この瞬間から、炭素原子間の強いSP2結合により、グラファイト表面の弾性率が1Tpaと高いこともわかります。

高度の異方性は、グラフェン間の弱い相互作用によるものであり、これは通常、ファンデルワールス力間の相互作用またはπ電子間の結合であると考えられているため、グラフェン層間のせん断弾性率は実験的に4Gpaであると決定されました。せん断強度は0.08Mpaであり、明らかに炭素原子間の機械的特性よりも小さかった。

次の表は、グラフェンの機械的特性を示しています。

酸化後のグラフェンの物性は大きく変化しました。エポキシ基のCOC結合角が最初に曲がり、酸素原子がグラファイト表面の方向に移動し、グラフェン1060Gpaよりも低いヤング率610Gpaの酸化グラフェンが生成されることがわかります。 。

5透過率

グラフェンは透明であり、単層グラフェンは、白色光（97.7パーセント光透過性）の2.3％πα<UNK> 2.3％を吸収し、αは微細構造定数であり、その値は〜1/37程度です。積み重ねの順序と方向は、グラフェンの光学特性に影響を与えます。したがって、2層グラフェンは斬新で興味深い光学特性を示します。

6化学的安定性と反応性

グラフェンの高い化学的安定性は、ハニカムネットワーク構造に強力な面内SP2ハイブリッド結合が存在するためです。グラフェンの化学的慣性は、金属や金属合金の酸化を防ぐために適用できます。 Chen et al。（Chenetal。、（2011）グラフェンは、化学蒸着技術を用いて銅と銅ニッケルにめっきされ、グラフェンの抗酸化特性を初めて実証しました。グラフェンは、改善が期待される化学的安定性と慣性を備えています。潜在的な光電子デバイスの耐久性（Blakeetal。、2008年）。

7バリア

グラフェンタブレットは高度な柔軟性を備えています。それらは、いくつかの気圧の垂直方向の圧力の下でさえ、風船のように伸ばすことができます。ヘリウムのような小さな原子でさえ、それを貫通することはできません。一部の文献では、酸化グラフェンを使用して横隔膜をブロックします。分散が悪いためにグラフェンを作らなければならないことを私は今発見したばかりです。結局のところ、グラフェンは高い膜形成を持ち、酸化グラフェンは親水性です。吸水とグラフェンは疎水性で、耐性が優れています。

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