石墨烯（Graphene）

史上最薄的材料--石墨烯(Graphene). graphene

可能的應用範圍：

1. 軟性電子(如太陽能電池和有機發光二極體)
2. 儲能(如燃料電池、超級電容與高效能鋰電池)
3. 高效能導熱片、以及高強度複合材料等。

 

 

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因「在二維石墨烯材料的開創性實驗」為由，共同獲得2010年]諾貝爾物理學獎。

 

 
石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光"；導熱系數高達5300 W/m·K，高於碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000 cm²/V·s，又比納米碳管或矽晶體（monocrystalline silicon）高，而電阻率只約10^-6 Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。因為它的電阻率極低，電子跑的速度極快，因此被期待可用來發展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或電晶體。由於石墨烯實質上是一種透明、良好的導體，也適合用來製造透明觸控螢幕、光板、甚至是太陽能電池。
石墨烯另一個特性，是能夠在常溫下觀察到量子霍爾效應。

 

 

石墨烯薄膜是可以於300度 C下利用自組的分子束磊晶機台製備出來，而系統中是利用加熱的石墨熱阻絲來提供碳源。這個技術意味著利用分子束磊晶系統，直接成長石墨烯薄膜在較低的成長溫度是可行的，此項技術的發展對於該材料未來整合進半導體製程中的可能性是個重要的發現。

 

 

目前全世界對於石墨烯的研究中，機械剝離法、碳化矽昇華法以及化學氣相沉積法為主要製備石墨烯的方式。在機械剝離法中，通常只能製備出碎塊狀的石墨烯薄膜。而碳化矽昇華法下所使用的碳化矽基板，都因為其較高的基板價格成為主要考慮的重點。因此，化學氣相沉積成為了主要製備大面積石墨烯的方式。在此化學氣相沉積法中，石墨烯的成長溫度決定於裂解於碳氫氣體來提供碳源所需的溫度。利用甲烷當作碳源，石墨烯的成長溫度通常為1000度 C。而利用不同氣體如己烷、甲醇和乙醇來提供碳源的研究，成長溫度可降低至950到650度 C。目前文獻上報導最低的成長溫度，是利用低壓化學氣相沉積法將苯作為碳源，而成長溫度也可以降低至300度 C。然而，在該文獻當中，基板上只能得到破碎狀的石墨烯碎片。本發現是在300度 C下利用自組的分子束磊晶機台製備出完整的石墨烯薄膜並具有石墨烯的特性。

 

 

 

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