中國粉體網(wǎng)訊 石墨烯是一種二維晶體，由碳原子按照六邊形進(jìn)行排布，相互連接，形成一個(gè)碳分子，其結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定；隨著所連接的碳原子數(shù)量不斷增多，這個(gè)二維的碳分子平面不斷擴(kuò)大，分子也不斷變大。單層石墨烯只有一個(gè)碳原子的厚度，即0.335納米，是已知的最薄的一種材料。
石墨烯的晶格缺陷
理想的石墨烯材料具有高透光率、超高載流子遷移率、高比表面積、極高的層內(nèi)熱導(dǎo)率和極高的楊氏模量等。但在實(shí)際制備過程中，幾乎無法獲得完美結(jié)構(gòu)的石墨烯而不可避免地含有各種晶格缺陷，如點(diǎn)缺陷、雙空位缺陷、三角形空位缺陷、Stone-Wales 拓?fù)淙毕莺途�缺陷等，如圖所示。
點(diǎn)缺陷包括由于晶格碳原子離開格點(diǎn)位置而形成的單空位缺陷或由外來雜質(zhì)原子替代碳原子而形成的摻雜缺陷兩種。
雙空位缺陷是由于單空位缺陷的融合或相鄰兩個(gè)晶格碳原子的缺失而產(chǎn)生的，只需提供18 ～20 eV 的能量即可使碳原子離開格點(diǎn)位置而移到表面。
Stone-Wales 拓?fù)淙毕�，又稱五邊形-七邊形缺陷，是石墨烯中典型的拓?fù)淙毕葜�，其形成原因�?C-C 鍵圍繞其中點(diǎn)旋轉(zhuǎn) 90°后而導(dǎo)致局部出現(xiàn)五邊形環(huán)和七邊形環(huán)的結(jié)構(gòu)。
線缺陷是由于在石墨烯片層中具有不同取向的晶區(qū)之間的分界線而導(dǎo)致的。
晶格缺陷對材料性能的影響
由于石墨烯并不是天然條件下存在的產(chǎn)物，人工制備的石墨烯基于各種制備方法的限制，其結(jié)構(gòu)中存在各種缺陷，這些缺陷影響著石墨烯的物理化學(xué)性質(zhì)。
缺點(diǎn)：
晶格缺陷由于破壞了石墨烯晶體的完美對稱結(jié)構(gòu)，對石墨烯性能的負(fù)面影響主要體現(xiàn)在導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及機(jī)械性能方面。如幾乎所有晶格缺陷均會強(qiáng)烈影響石墨烯的電子結(jié)構(gòu)和電子輸運(yùn)性；三角形缺陷會導(dǎo)致石墨烯熱傳導(dǎo)性能的下降；位錯(cuò)等缺陷的存在，會使材料易于斷裂，因?yàn)橄鄳?yīng)的抗拉強(qiáng)度可降低至完美晶體的幾十分之一。
優(yōu)點(diǎn)：
石墨烯中的晶格缺陷雖然打破了其完美的晶體結(jié)構(gòu)，但明顯改善了石墨烯的半導(dǎo)體性能、離子擴(kuò)散系數(shù)、分散性及反應(yīng)活性，拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。如空位缺陷所產(chǎn)生的空隙為離子的傳輸開辟了通道，增加了石墨烯對離子和氣體小分子的通透性，改善了離子擴(kuò)散系數(shù)和反應(yīng)活性，空位和摻雜缺陷則增強(qiáng)了吸附原子與石墨烯之間的相互作用。
晶格缺陷對石墨烯性能的影響有利也有弊。因此，目前對石墨烯的研究不僅集中在制備完美無缺的石墨烯材料上，制備晶格缺陷可控的石墨烯材料，并充分發(fā)揮石墨烯中晶格缺陷的優(yōu)勢也是將來石墨烯研究領(lǐng)域中一個(gè)主要的研究方向。
