石墨烯的性质：探究奇妙材料的特性

（1）力学性质 石墨烯具有非常优秀的力学性能。James Hone是哥伦比亚大学著名的物理学家，他通过试验研究了石墨烯的力学性质。他所用的探针是由金刚石制成的，用该探针对石墨烯片施加压力，每100nm的石墨烯可以承受高达2.9μN的压力。石墨烯的机械强度大概为钢铁的100倍，高达130GPa。也就是说如果将石墨烯制成与普通塑料袋同样大小、同样厚度的包装袋，可以用来盛装近2t的物品。石墨烯是目前已经测量的材料中强度最高的。

（2）电学性质 石墨烯具有独特的电子结构，所以石墨烯具有非常优秀的电学性质。碳原子中的π键电子在石墨烯的离域大π键中可以自由移动，在碳原子之间有很强的作用力，结构中的π键电子在移动过程中很难受到影响。石墨烯结构中声子的平均自由程可以达到2μm以上。目前，已知半导体材料InSb的本征载流子迁移率最高可达7.7×10⁴cm²/（V·s），而石墨烯的迁移率大于2×10⁵cm²/（V·s），是硅的140倍。石墨烯的迁移率受到基底表面散射作用的影响，能测得的最高迁移率约为4×10⁴cm²/（V·s），说明石墨烯在用作电子元件时应选择适合的基底材料。石墨烯的面电阻约为31Ω/cm²，电导率高达10⁶S/m。

（3）光学及其他性质 石墨烯也具有很优秀的光学性能。科研人员采用很严格的高标准制法制备石墨烯，然后进行大量的试验，结果表明，在阳光通过石墨烯层后，只有仅仅2.3%的可见光被吸收，也就是说，石墨烯的透光率为97.7%。每一层石墨烯对可见光的透过率均为2.3%。也可以用透光率来测得高质量的石墨烯的层数。这种方法虽然很简单，但是对石墨烯质量的要求很高。在理论上，我们可以证明石墨烯的理论透光率，就是利用非交互狄拉克费米子理论来证明和推导。(www.xing528.com)

通过上文可知，人们在理论和试验上都证明了石墨烯具有优异的光学性能。石墨烯优异的透光性和导电性相结合，使得石墨烯本身就可以作为一种透明的导电薄膜，取代传统光学薄膜（如氧化铟锡（ITO）和掺氟氧化锡（FTO）等）。石墨烯的这些优点既可以克服氧化铟锡的脆弱性问题，也可以解决稀土元素的高价格问题。石墨烯透明导电薄膜也可以作为染料敏化太阳电池的超级电池导电电极。我们还可以对其进行改性或者掺杂，使石墨烯材料具有更多的特点。此外，在入射光强度达到一定程度后，石墨烯就会达到吸收饱和的状态。这是一个非常让人惊奇的特点，这一特性称为光学的饱和吸收。我们可以利用它的这个特性将其应用于超快的光子学领域，如光纤激光器等。