零维的富勒烯一维碳纳米管二维石墨，红宝石电容优质材料石墨烯发展

石墨烯发展概述，石墨烯的起源碳——自然界万事万物中最重要的物质，在元素周期表中，其位于第2周期第4主族，以单质和化合物的形式广泛分布在自然界中，是构成有机生命体的重要元素，维系着人类的生存和发展。碳元素核外电子排布方式为1s22s22p2，当碳原子与碳原子之间相互成键时，碳原子的2s电子会同2p轨道电子以sp的形式进行杂化，形成sp、sp2、sp3三种不同的杂化轨道，构筑了丰富多彩的碳质材料世界。1985年，零维(0D)富勒烯(Fullerene)的发现，开辟了碳纳米材料的新时代，1991年，一维(1D)碳纳米管(Carbon Nano-Tube, CNT)的发现，则又进一步推动了人们对碳材料的认识。自此，零维的富勒烯、一维的碳纳米管、“二维”的石墨、三维的金刚石组成了完整的碳系家族，如图1-1所示。但石墨并不是真正意义上的二维材料，单层碳原子厚度的石墨才是准二维结构的碳材料。红宝石电容二维晶体在平面内具有无限重复的周期结构，但在垂直平面的方向只具有纳米尺度，可以看作是宏观尺寸的纳米材料，表现出许多独特的性质。因此，人们一直在试图找到一种方法来制备出碳元素的准二维材料。[插图]图1-1 碳系家族关于碳元素的准二维材料存在的可能性，科学界一直有争论。早在1934年，Peierls就提出准二维晶体材料由于其本身的热力学不稳定性，在室温环境下会迅速分解或拆解。1966年，Mermin和Wagner提出Mermin-Wagner理论，指出长的波长起伏也会使长程有序的二维晶体受到破坏。因此碳元素的准二维材料只是作为研究碳质材料的理论模型，一直未受到广泛关注。直到2004年，曼彻斯特大学的安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Kostya Novoselov)首次成功分离出稳定的碳元素的准二维材料，而他们分离的方法也极为简单，他们把石墨薄片粘在胶带上，把有黏性的一面对折，再把胶带撕开，这样石墨薄片就被一分为二。通过不断地重复这个过程，质。因此，人们一直在试图找到一种方法来制备出碳元素的准二维材料。[插图]图1-1 碳系家族关于碳元素的准二维材料存在的可能性，科学界一直有争论。早在1934年，Peierls就提出准二维晶体材料由于其本身的热力学不稳定性，在室温环境下会迅速分解或拆解。1966年，Mermin和Wagner提出Mermin-Wagner理论，指出长的波长起伏也会使长程有序的二维晶体受到破坏。红宝石电容碳元素的准二维材料只是作为研究碳质材料的理论模型，一直未受到广泛关注。直到2004年，曼彻斯特大学的安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Kostya Novoselov)首次成功分离出稳定的碳元素的准二维材料，而他们分离的方法也极为简单，他们把石墨薄片粘在胶带上，把有黏性的一面对折，再把胶带撕开，这样石墨薄片就被一分为二。通过不断地重复这个过程。