从石墨烯的制备及其应用研究进展看2010年度诺贝尔物理学奖

e V l e w 冒2 曩互互墨囝 从石墨烯的制备及其应用研究进展看 2 010 年度诺贝尔物理学奖 崔同湘，吕瑞涛。康飞宇，顾家琳 清华大学材料科学与工程系；先进材料教育部重点实验室，北京1 0 0 0 8 4 摘耍英国曼彻斯特大学物理和天文学院的安德烈盖姆( A n d r eG e i m ) 教授和康斯坦丁诺沃肖洛夫( K o n s t a n t i nN o v o s e l o v ) 博 士因石墨烯的发现和表征而获得了2 0 1 0 年度诺贝尔物理学奖。在短短的6 年时间里。石墨烯在制备方法上取得了重大进展；同时对 石墨烯的深入研究发现其具有优异的物理性能。有着非常美好的应用前景。本文对石墨烯的制备和应用研究进展进行了综述，从中可 以发现，石墨烯给人类带来了无限的希望，会使得人们未来的生活更加美好，G e i m 教授和N o v o s e l o v 博士的获奖实至名归。 关词诺贝尔物理学奖；石墨烯；制备方法；应用 中圈分类号T Q 3 2 3 文献标识码A 文章号2 0 0 0 7 8 5 7 ( 2 0 1 0 ) 2 4 _ 0 0 2 3 _ 0 6 P r e p a r a t i o na n dA p p l i c a t i o no fG r a p h e n e C U IT o n g x i a n g ，L UR u i t a o ，K A N GF e i y u ，G UJ i a l i n L a b o r a t o r yo f A d v a n c e dM a t e r i a l s ；D e p a r t m e n to f M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g , T s i n g h u aU n i v e r s i t y , B e i j i n g 0 0 0 8 4 , C h i n a A 啪c tP r o f A n d r eG e i ma n dD r K o n s t a n t i nN o v o s e l o v ，b o t hf r o mS c h o o lo fP h y s i c sa n dA s t r o n o m y ，U n i v e r s i t yo fM a n c h e s t e r , w o n N o b e lP r i z eo fP h y s i c si n2 0 1 0i nv i r t u eo ft h e i rg r e a tc o n t r i b u t i o n st ot h ed i s c o v e r yo fg r a p h e n e I nt h ep a s ts i xy e a r s ，g r e a tp r o g r e s si n p r e p a r a t i o no fg r a p h e n eh a sb e e na c h i e v e d ，w h i c hh a sa l s od e m o n s t r a t e dm a n ye x c e l l e n tp r o p e r t i e si na w i d er a n g eo fa p p l i c a t i o na r e a s T h ep r e s e n tp a p e rr e v i e w e dt h ep r o g r e s si np r e p a r a t i o na n da p p l i c a t i o no fg r a p h e n e I ti sf o u n dt h a tg r a p h e n eC a nb r i n gU Sal o to f p o s s i b i l i t i e sa n dm a yt u r no u rf u t u r el i v e sb e t t e r , a n dP r o f G e i ma n dD r N o v o s e l o vr e a l l yd e s e r v et h i sy e a r sN o b l eP r i z ei nP h y s i c s K I | y w O 瞒N o b e lP r i z ei nP h y s i c s ；g r a p h e n e ；p r e p a r a t i o nm e t h o d s ；a p p l i c a t i o n 0引言 石墨烯是由碳原子通过s p 2 杂化，构成的单层蜂窝状二 维网格结构。石墨烯是构成其他碳同素异形体的基本单元。 它可折叠成富勒烯( 零维) ，卷曲成碳纳米管( 一维) ，堆垛成 石墨( i 维) ，如图l 所示1 2 1 。石墨烯的理论研究已经有6 0 多 年当时主要用来为富勒烯和碳纳米管等结构构建模型p 卅； 没有人认为石墨烯会稳定存在。因为物理学家认为，热力学 涨落不允许二维晶体在有限温度下存在1 2 1 。2 0 0 4 年，英国曼彻 斯特大学物理学教授G e i m 等。用胶带反复剥离高定向热解 石墨的方法，得到了稳定存在的石墨烯 5 1 。该发现立即引起了 物理学家、化学家和材料学家的广泛关注，掀起了继富勒烯 和碳纳米管之后碳材料的又一次研究热潮。由于石墨烯优异 的电学、光学和机械性能，以及石墨烯广泛的应用前景，石墨 烯的发现者G e i m 教授和N o v o s e l o v 博士被授予2 0 1 0 年度诺 贝尔物理学奖。 图1石墨烯是构成其他维度碳材料的基本单元。 石墨烯可以折叠成零维的富勒烯。卷曲成一维的 碳纳米管和堆垛成三维的石墨 F i g 1G r a p h e n eI sa2 Db u i l d i n gm a t e r i a If o rc a r b o n m a t e r i a l so fa l lo t h e rd i m e n s i o n a l i t i e s I tc a r lb e w r a p p e du pi n t O0 Db u c k y b a l l s ，r o l l e di n t o1D n a n o t u b e so rs t a c k e di n t o3 Dg r a p h i t e 收稿日期：2 0 1 0 - 1 2 一1 0 作者简介：崔同湘，博士研究生，研究方向为石墨烯的制备及其光伏应用，电子信箱：e t x 0 5 m a i l s t s i n g h u a e d u C R ；康飞宇( 通信作者中国科协所属 全国学会个人会员登记号：F A 9 1 1 0 5 0 4 1 M ) ，教授。研究方向为碳材料的制备和应用，电子信箱：f y k a n g t s i n g h H a e d u c n 科技导报2 0 1 0 ，2 8 ( 2 4 ) 2 3万方数据 e v i e w 留皇Z 盈圆 石墨烯的发现，对当时的物理认知产生了巨大冲击，同时 点燃了美好希望。作为一种独特的二维晶体，石墨烯有着非常 优异的性能：具有超大的比表面积，理论值为2 6 3 0 m 神；机械 性能优异，杨氏模量达1 0 T P a 同；热导率为5 3 0 0 W n l 1 K 。1 嘲， 是铜热导率的1 0 多倍；几乎完全透明对光只有2 3 的吸 收( 9 - 1 0 ：在电和磁性能方面具有很多奇特的性质，如室温量子 霍尔效应【“、双极性电场效应、铁磁性I m 堋、超导性I 难1 q 及高 的电子迁移率旧。这螳优异的性质，使得石墨烯在晶体管、太 阳能电池、传感器、超级电容器、场发射和催化剂载体等领域 有着良好的应用前景。制备高质量的石墨烯和促进石墨烯的 应用，是石墨烯领域的研究热点。本文综述了近些年在石墨 烯的制备方法和应用研究方面取得的进展。 1 石墨烯制备方法 从发现稳定存在的石墨烯到现在的6 年多时间里。石墨 烯在制备方面取得了长足的进步，目前的研究热点已经从获 得石墨烯发展到可控地制备石器烯，如控制石墨烯的形状、 尺寸、层数、元素掺杂和聚集形态等f 1 8 1 。目前制备石墨烯的方 法有很多如图2 所示I 阍。主要包括机械剥离法、剖开碳纳米 管法、化学气相沉积法、还原氧化石墨法和有机合成等方法。 图2 石墨烯的制备方法 F i g 2 C u r r e n tt e c h n i q u e sf o rs y n t h e s i z i n gg r a p h e n e 1 1 机械剥离法 石墨是层状堆垛结构层与层之间的结合力较弱，在外 力的作用下可以将石墨的层状结构分离。机械剥离法是利 用机械力将石墨烯从高定向热解石墨晶体表面剥离下来的 方法。2 0 0 4 年N o v o s e l o v 等就是用透明胶带反复剥离高定向 热解石墨获得石墨烯 5 1 ，从而开启了碳材料发展的新纪元。该 方法设备简单，成本较低，同时由于高定向热解石墨内部的 缺陷很少，制备的石墨烯质量较好。但是这种方法制备石墨 烯的偶然性很大对层数的控制较为困难，机械剥离法实现 工业化生产还有很大的困难。 1 2 剖开碳纳米管法 碳纳米管可以看做是由石墨烯卷曲而成的管状结构。将 2 4 科技导报2 0 1 0 。2 8 ( 2 4 ) 碳纳米管的侧壁沿着轴向剖开。即可得到石墨烯。一些研究 小组通过不同的方法，实现了剖开碳纳米管制备石墨烯的目 标。D a i 课题组【1 9 I 将制备的多壁碳纳米管沉积在硅基底上。用 旋转涂敷的方法将聚甲基丙烯酸甲脂( P M M A ) 覆盖住大部分 碳纳米管，随后用电离的氩气刻蚀碳纳米管，从而得到石墨 烯纳米带。氩离子优先刻蚀暴露在外的碳纳米管，通过控制 刻蚀时间可以控制纳米带的层数。K o s y n k i n 等【到利用高锰酸 钾和浓硫酸对碳纳米管进行处理。由于高锰酸钾的氧化作 用碳纳米管的侧壁将沿轴向被剖开，从而得到石墨烯纳米 带。这种方法有利于大规模石墨烯纳米带的制备，但浓硫酸 用量较大对环境不友好。J a n o w s k a 等【2 1 1 通过微波辅助法用钯 纳米颗粒催化刻蚀碳纳米管。从而得到了石墨烯纳米带。他 们将石墨烯和钯纳米颗粒混合在水中，微波提供热量，将纳 米颗粒作为热量的中心而剖开碳纳米管。 碳纳米管的发展已有近2 0 年的历史，已经可以实现对碳 纳米管定向性、直径和手性等参数的可控制备 z 2 - ：Z 4 1 。通过剖开 碳纳米管的工艺制备石墨烯，有望实现石墨烯的可控制备。 如D a i 课题组以定向碳纳米管为原料制备出了定向排列的 石墨烯纳米带。用剖开碳纳米管的方法有望在石墨烯的可 控制备上，取得更大的进步。不过这种工艺以碳纳米管为原 料在石墨烯制备的时间和经济成本上没有优势，同时设备 装置较为复杂。 1 3 化学气相沉积法 2 0 0 6 年。S o m a n i 等啪I 用化学气相沉积法，以樟脑为碳源， 在8 5 0 0 C 的高温条件下在镍箔上沉积碳原子，由镍箔在炉腔 中自然冷却制备出石墨烯，该方法获得的石墨烯较厚，约有 3 5 层。此法虽然没有制得单层的石墨烯，但为石墨烯的制备 提供了新的思路和手段。K i m 等1 2 7 1 在1 0 0 0 0 C 的高温条件下通 入甲烷，在金属镍七沉积碳原子，然后在氩气保护下，将镍以 大约1 0 0 C s 的速度冷却至室温，从而在镍薄膜表面析出一层 石墨烯。通过一定的溶液( 如F e C l 3 溶液) 将镍基底刻蚀掉，即 得到漂浮在液面上的石墨烯。有利于石墨烯的转移和应用， 如图3 所示1 2 7 1 。K i m 等的工作。促进了石墨烯的制备和转移。 不过由于镍对碳的溶解能力较大，他们制备的石墨烯仍然以 3 5 层为主，还没有实现单层石墨烯的可控制备。L i 等换用 溶解碳能力比较低的金属铜作为基底用类似于K i m 等的工 艺条件，制备了大面积的石墨烯，单层石墨烯的比例约占 9 5 。同时他们发现，石墨烯的生长是自我限制的( s e l f - l i m i t i n g ) 。制备样品的层数不会因为碳源进给量的增加而增加。 化学气相沉积法有利于石墨烯的可控制备，Q u 等 2 9 1 用甲 烷为碳源在氨气气氛下，用类似于K i m 等的方法制备了氮掺 杂的石墨烯1 2 9 1 。通过控制甲烷和氨气的比例，有望实现对石墨 烯氮掺杂浓度的控制，这对石墨烯的应用是非常有利的。W e i 等1 3 0 以Z n S 为模板，用化学气相沉积法制备了石墨烯。Z n S 可 以催化石墨烯的生长。通过控制Z n S 模板的形状，即可实现 对石墨烯形状的控制这种方法的可控性和可扩展性很好， 将对石墨烯的应用产生重大的推动作用。整体来讲化学气相 万方数据 沉积法制备的石墨烯质量较高可控性较好同时易于得到 完整薄膜状的石墨烯利于石墨烯在太阳能和场发射等领域 的应用，但是这种方法制备的石墨烯的量比较少。不利于石 墨烯在超级电容器等领域的应用。中国科学院沈阳金属所成 会明课题组【3 l I 以3 0 1 _ L m 直径的镍颗粒为基板、甲烷为碳源，生 长5 r a i n 后，用快速冷却的方法制备了5 m g 的石墨烯，这种方 法虽然石墨烯的产量较大。不过制备的石墨烯是宏观的块体 结构，而不是薄膜状结构使得化学气相沉积法制备的石墨 烯失去了在太阳能和场发射电极等领域的应用优势。 围3K i m 等的石墨烯制备和转移示意 F i g 3S y n t h e s i sa n dt r a n s f e rp r o c e s s e s f o r g r a p h e n ef i l m sb yK i me ta l 1 4 还原氧化石墨法 还原氧化石墨法，与机械剥离法类似，均以块体的石墨 为原料制备石墨烯。将石墨氧化，能够在石墨边沿接上一些 官能团，甚至在石墨层问插入一些物质，使得石墨层之间的 引力变小，有利于石墨层的剥离再通过还原剂还原剥离下 来石墨片层，制备出石墨烯。该方法典型的步骤是，先将天然 石墨用H u m m e r s 方法氧化成氧化石墨l 竭然后将1 0 0 r a g 氧化 石墨加人到1 0 0 m L 水中形成黄色的混合溶液，超声振荡混合 溶液一段时间；随后将l m L 水合肼加入上述溶液中，在水冷 凝器中加热到1 0 0 。C 并且保温2 4 h 随后对氧化石墨进行充 分地还原，即可得到石墨烯I 。氧化石墨还原法制备石墨烯的 成本低廉、设备简单，利于工业化生产：但由于石墨被强氧化 剂氧化很难进行充分地还原，制备的石墨烯中常含有氧的 官能团。对其物理、化学等性能有不利影响。 1 5 有机合成法 稠环芳烃是碳原子通过s p 2 杂化而形成的平面结构，被 认为是二维石墨烯的片段，将稠环芳烃通过一定方法聚合在 一起即可构成石墨烯。早在1 9 5 8 年，C l a r 等【1 哈成了含有4 2 个碳原子的石墨烯微片。Q i a n 等0 4 1 以茈酰亚胺为重复单元，通 过偶联反应将茈酰亚胺分子沿着b a y 位结合在一起，可以制 备宽度受限、长度可控的石墨烯纳米带。Y a n g 等以二碘四 苯基对二氨基联苯为原料，制备了宽度为1 2 n m 的石墨烯带， e V l e w 冒墨墨E 盟 样品结构如图4 所示。有机合成法为石墨烯形状、大小和边 缘结构的可控制备提供了美好的前景并且制备的石墨烯纳 米带较窄，有利于石墨烯在半导体工业中的应用。但这种方 法也面临着亟待解决的问题如由于溶解度的限制，制备的 石墨烯长度较短：同时制备石墨烯的过程中还伴有很多副反 应的发生，石墨烯的产率不高。 图4Y a n g 等有机合成法制备的石墨烯纳米带结构 F i g 4G r a p h e n es h e e t sp r o d u c e db yo r g a n i c s y n t h e s i sb yY a n ge ta l 经过6 年多的研究。人们在石墨烯的制备上取得了很大 进步，目前人们努力的方向是探索更为简便的 二艺制备大 尺寸的石墨烯；控制石墨烯的层数、带隙和元素掺杂等因素； 以及石墨烯的大量、低成本制备。 2 石墨烯应用研究 石墨烯优异的物理、化学和机械性能使得石墨烯成为 很多领域的宠儿，与石墨烯的制备一样，石墨烯的应用也是 目前科学研究的热点。下面主要介绍石墨烯在场效应晶体 管、太阳能电池、气体传感器和超级电容器4 个领域的应用 进展。 2 1 场效应晶体管 作为一种零带隙的半导体。石墨烯不能直接用在场效应 晶体管上。当石墨烯的宽度变窄( 小于1 0 n m ) ，石墨烯就变成 一种准一维材料这种材料也称作石墨烯纳米带；由于宽度 局域效应，石墨烯纳米带在室温条件下产生带隙闭，其制备的 场效应晶体管有着非常优异的开关速度和载流子迁移率闻。 在刚发现石墨烯时N o v o s e l o v 等1 5 1 用宽度小于l O n m 的石墨烯 制备了场效应晶体管。发现石墨烯显示双极性电场效应，在 室温下电子和空穴密度均为5 x 1 0 1 2 c n l 2 ，载流子迁移率达到 1 0 0 0 0 e r a 2 V 。1 s 一平均自由程达到0 4 p , m 。石墨烯的载流子迁 移率是硅的1 0 倍，高的载流子迁移率使得石墨烯晶体管的 频率非常高。L i n 等闻用2 i n ( 5 0 8 e m ) 大小的石墨烯制备了晶 体管，截止频率提高到了1 0 0 G H z 。晶体管的图像和截面示意 如图5 所示。 让石墨烯产生带隙是晶体管应用的基础人们发现通过 外加电场1 3 7 1 、施加应力嗍或者进行元素掺杂【姗都可以调节石 墨烯的带隙，这些研究将促进石墨烯在晶体管上的应用。众 所周知，制备的晶体管越小，集成电路中的集成度就越高，设 备的性能将越好。现在制备晶体管的常用材料是硅，但是由 科技导报2 0 1 0 ，2 8 ( 2 4 ) 2 5 万方数据 e V l e W 冒墨Z E 豳 于隧道效应，用硅制备的晶体管栅极小于5 n m 时，晶体管将 失效嗍。石墨烯不存在这样的问题，随着石墨烯制备工艺的提 升石墨烯作为硅材料替代者的前景越来越被看好。 图5U n 等制备的晶体管图像和截面示意 F i g 5I m a g e sa n dc r o s s - s e c t i o n a lv i e wo f t r a n s i s t o rp r o d u c e db yL i ne ta l 2 2 太阳能电池 窗口电极是太阳能电池中的重要部件，窗口电极需要有 良好的导电性、好的透光性和适合的功函数。目前常用的窗 口电极材料是钢锡氧化物半导体透明薄膜( I T O ) ，但是钥在 地球上的含量有限同时I T O 在近红外区的透光性较差，在 酸性条件下不稳定以及不利于柔性器件的制备1 4 l I 。石墨烯被 认为是替代I T O 的合适材料，并已有很多小组做了相关的研 究俐。W a n g 等1 4 3 1 将石墨烯取代I T O 用作太阳能的透明导电 薄膜，取得了0 2 6 的转化效率；K a l i t a 等用石墨烯作为有 机太阳能电池的透明电极获得了0 6 8 的效率，但是仍然低 于I T O1 2 1 的效率：A r c o 等1 4 6 1 用石墨烯为透明电极，获得的 有机太阳能电池效率为1 1 8 。与I T O 的1 2 7 已非常接近。 随着石墨烯制备质量的提高，以石墨烯为透明电极制备的太 阳能电池性能已经接近I T O 。同时石墨烯可以制备柔性的太 阳能电池，这说明石墨烯在太阳能透明电极领域有非常好的 应用前景。 清华大学机械系吴德海课题组M 用石墨烯直接与硅接触， 形成肖特基结制备了石墨烯和硅肖特基结太阳能电池电 池效率达到了1 7 。随后该课题组将石墨烯和碳纳米管薄膜 复合在一起制备成透明导电薄膜，这种薄膜与硅形成太阳能 电池，电池效率达到了5 2 m J 。I b m 等忡l 研究发现，石墨烯基 太阳能电池的开路电压与石墨烯的层数有着非常大的关系 随着层数的增多，电池的开路电压降低。随着石墨烯可控制 备的实现和应用研究的不断深入，石墨烯基太阳能电池的效 率还将不断提高。 2 3 气体传感器 石墨烯气体传感器的工作原理是，当石墨烯吸附气体分 子时，石墨烯的电导率会发生变化1 3 7 1 ，这是因为吸附的气体分 2 6 科技导报2 0 1 0 。2 8 ( 2 4 ) 子会作为施主或者受主提供或者接受电子，从而影响石墨烯 的电导率。石墨烯作为气体传感器有着非常大的优势首先 石墨烯是二维材料，所有碳原子都暴露在外闻；其次，石墨烯的 约翰逊噪音( 在平衡状态下，由于载流子的热振动而引起的噪 音) 非常小l 剐，使得石墨烯基传感器的灵敏度非常高；第三，石 墨烯内部的晶体缺陷较少，热控开关产生很少的噪音1 3 7 1 ；第四， 四探针法的测量叮以在石墨烯晶体上实现，并且形成欧姆接 触，电阻非常小闻。 S c h e d i n 等冈在2 0 0 7 年首次制备了石墨烯基气体传感 器，该传感器对N 0 2 、N H 3 、H ：0 和C O 等气体都有着非常好的 检测特性。随后，石墨烯基传感器得到了广泛的研究，一些研 究小组通过在石墨烯表面负载金属颗粒提高石墨烯气体传 感器的性能。S u n d a r a m 等I5 1 I 在石墨烯的表面负载了金属钯，发 现这样的石墨烯制备的传感器可以探测氢气，而不负载金属 钯的石墨烯探测不到氢气。Z h a n g 等吲用第一性原理研究了元 素掺杂( 氮、硼、铝等元素) 对石墨烯基气体传感器的影响结 果表明，元素掺杂可以提高石墨烯的气敏性质。这些研究的 不断推进，将会促进石墨烯在气体传感器领域的应用。 2 4 超级电容器 随着社会的发展和便携式电子设备需求量的增长，人们 对超级电容器的性能提出了更高的要求，寻找合适的电极材 料，一直是提高超级电容器性能的重要途径。石墨烯拥有非 常好的导电性、非常大的比表面积、优异的柔韧性和良好的 机械性能因此石墨烯被认为是超级电容器电极的理想材 料。S t o l l e r 等 5 3 1 以化学改性的石墨烯为电极材料，制备了基于 石墨烯的超级电容器。这种石墨烯在水系和有机电解液中的 比容量分别达到了1 3 5 F i g 和9 9 F i g 。W a n g 等例用还原氧化石 墨法制备的石墨烯为原料，用氢氧化钾为电解液制备的超 级电容器比容量达到了2 0 5 F g 。在制备石墨烯电极的过程 中，石墨烯的片层会发生叠加，形成1 0 0 n m 左右的孔隙有利 于电解液的扩散，从而改善了超级电容器的功率特性1 6 1 。 将石墨烯与金属氧化物、碳纳米管和高分子组成复合 物，也是当前的一个研究热点，基于这种复合物制备的超级 电容器有着更为优异的性能f 姗。C h e n 等侧制备了石墨烯和 纳米针状二氧化锰的混合物，以硫酸钠为电解质制备了超级 电容器，比容量达到了2 1 6 F g 。清华大学化工系魏飞课题组1 5 7 1 合成了石墨烯和聚丙胺的复合物，基于这种混合物制备的超 级电容器比容量高达1 0 4 6 F g 。石墨烯为聚丙胺提供活性点， 同时为聚丙胺提供导电通道。这种方法既降低了超级电容器 的成本，又提高了超级电容器的寿命，他们制备这种复合物 的示意图如图6 所示。这螳研究表明，石墨烯基超级电容器 的工业化生产前景非常广阔。 石墨烯在场效应晶体管、太阳能电池、气体传感器和超 级电容器等领域的应用取得了很大的进展，同时石墨烯还在 场发射【蚓、催化剂载体l 矧、锂离子电池【劬】、染料电池例、重金属 离子去除1 6 l I 、氢气存储1 6 2 1 和应力传感器1 6 3 1 等领域取得了应用， 这些研究在不停歇地进行着，新的进步和发现不断发生。现 万方数据 图6 石墨烯纳米带和聚丙胺复合物的制备示意 F i g 6 S c h e m a t i ci l l u s t r a t i o nf o rt h es y n t h e s i so f G N R P A N Ic o m p o s i t e 在石墨烯已经成为科研T 作者的宠儿。很多科研工作者都想 将石墨烯用在自己研究的领域，相信随着时间的推移。石墨 烯的应用前景会越来越光明。 3 结论和展望 从石墨烯这几年的制备和应用研究进展可以发现，石墨 烯在制备上取得了很大的进步现在获得石墨烯的困难已经 解决，科研1 二作者正在努力的目标是：可控石墨烯的大规模、 低成本制备。石墨烯制备上的进展，必将大大推动石墨烯的 应用。由于石墨烯在很多领域都表现出非常优异的性能，随 着可控石墨烯的低成本制备石墨烯的应用将得到极大的促 进，石墨烯走入人们的日常牛活将成为可能，尽管这个目标 的实现还需要付H 很大的努力。笔者认为，石墨烯在制备上 的巨大进展和美好的应用前景是G e i m 教授和N o v o s e l o v 博 士获得2 0 1 0 年度诺贝尔物理学奖的重要原因。他们的获奖 使得石墨烯更加被人关注会吸引更多的科学家投身于石墨 烯的研究，将促进石墨烯的可控制备和大规模应用。 参考文献f R e f e r e n c e s ) 【l 】A l l e nMJ ，T u n gVc ，K a n e rRB H o n e y c o m bc a r b o n - Ar e v i e wo f g r a p h e n e J I C h e m i c a lR e v i e w s ，2 0 1 0 。l lo ( 1 ) ：1 3 2 - 1 4 5 【2 1G e i mAkN o v o s e l o vKS T h er i s eo fg r a p h e n e 【J 】N a t u r eM a t e r i a l s ， 2 0 0 7 ，印) ：1 8 3 1 9 1 【3 】3 W a l l a c ePR T h eb a n dt h e o r yo fg r a p h i t e 【J 】P h y s i c a lR e v i e w ，1 9 4 7 7 1 ( 9 ) ：6 2 2 - 6 3 4 【4 】S l o n c z e w s k iJC ，W e i s sPR B a n ds t r u c t u r eo fg r a p h i t e 【J 】P h y s i c a l R e v i e w , 1 9 5 8 ，1 0 9 ( 2 ) ：2 7 2 2 7 9 【5 】N o v o s e l o vKS G e i mAkM o r o m vSV ，e t 叫E l e c t r i cf i e l de f f e c ti n a t o m i c a l l yt h i nc a r b o nf i l m s J S c i c n c e ，2 0 0 4 ，3 0 6 ( 5 6 9 6 ) ：6 6 6 6 6 9 【6 】杨全红，唐致远新型储能材料石墨烯的储能特性及其前景展望 IJ 】电源技术，2 0 0 9 。3 3 ( 4 ) ：2 4 1 2 4 4 Y a n gQ u a n h o n g , T a n gZ h i y u a n ，C h i n e s eJ o u r n a lo f P o w e rS o u r c e s ，2 0 0 9 ， 3 3 ( 4 ) ：2 4 1 2 4 4 【7 】le eC ，W e iXD ，K y s a rJW ，e ta 1 M e a s u r e m e mo ft h ee l a s t i cp r o p e r t i e s a n di n t r i n s i cs t r e n g t ho fm o n o l a y e rg r a p h e n e 【J J S c i e n c e ，2 0 0 8 ，3 2 1 ( 5 8 8 7 ) ：3 8 5 - 3 8 8 【8 】8 B a l a n d i nAA ，G h o s hS ，B a oW Z ，e ta 1 S u p e r i o rt h e r m a lc o n d u c t i v i t yo f Re v i e w 曩 s i n g l e l a y e rg r a p h e n e J N a n oL e t t e r s ，2 0 0 8 ，8 ( 3 ) ：9 0 2 - 9 0 7 【9 】N a i rRR B l a k eP G r i g o r e n k oAN ，e ta 1 F i n es t r u c t u r ec o n s t a n td e f i n e s v i s u a lt r a n s p a r e n c yo fg r a p h e n e J S c i e n c e ，2 0 0 8 ，3 2 0 ( 5 8 81 ) ：1 3 0 8 【1 0 】S t a u b o rT 。P e r e sNMR 。G e i mAK O p t i c a lc o n d u c t i v i t yo fg r a p h e n ei n t h ev i s i b l er e g i o no ft h es p e c t r u m J j P h y s i c a R e v i e w 最2 0 0 8 ，7 8 ( 8 ) ： 0 8 5 4 3 2 【l l 】Z h a n gYB ，T a nYW ，S t o r m e rHL ，c ta 1 E x p e r i m e n t a lo b s e r v a t i o no f t h eq u a n t u mH a l le f f e c ta n dB e r r y sp h a s ei ng r a p h e n e J N a t u r e ，2 0 0 5 ， 4 3 8 ( 7 0 6 5 ) ：2 0 1 2 0 4 【1 2 N o v o s e l o vKs J i a n gZ ，Z h a n gY ，e t “R o o m - t e m p e r a t u r eq u a n t u m h a l le f f e c ti ng r a p h c n e J S c i e n c e ，2 0 0 7 ，3 1 5 ( 5 8 1 7 ) ：1 3 7 9 ( 1 3 】N o m u r aK ，M a c D o n a l dAH Q u a n t u mH a l lf e r r o m a g n e t i s mi ng r a p h e n e f J 】P h y s i c a lR e v i e wL e t t e r s ，2 0 0 6 ，9 6 ( 2 5 ) ：2 5 6 6 0 2 【1 4 】D o r e t t oRL S m i t hCM Q u a n t u mH a l lf e r r o m a g n e t i s mi ng r a p h e n e ：S U ( 4 ) b o s o n i z a t i o na p p r o a c h J P h y s i c a lR e v i e wB ，2 0 0 7 ，7 6 ( 1 9 ) ：1 9 5 4 3 1 【1 5 】S a k ikJ i a n gJ ，S a i t oR ，e ta 1 T h e o r yo fs u p e r c o n d u c t i v i t yo fc a r b o n n a n o t u b e sa n dg r a p h e n e 【J 】J o u r n a lo ft h eP h y s i c a lS o c i e t yo fJ a p a n ， 2 0 0 7 ，7 印) ：0 3 3 7 0 2 【1 6 】U e h o aB 。N e t oA HC S u p e r c o n d u c t i n g s t a t e so fp u r ea n dd o p e d g r a p h e n e J P h y s i e dR e v i e wL e t t e r s ，2 0 0 7 ，9 8 ( 1 4 ) ：1 4 6 8 0 1 【1 7 】B o l o t i nKI ，S i k e sKJ ，J i a n gZ ，e t , 7 1 U l t r a b i i s he l e c t r o nm o b i l i t yi n s u s p e n d e dg r a p h e n e J S o l dS t a t eC o m m u n i c a t i o n s ，2 0 0 8 ，1 4 6 ( 9 - 1 0 ) ： 3 5 1 3 5 5 【1 8 1W e iDC ，L i uYQ C o n t r o l l a b l es y n t h e s i so fg r a p h e n ea n di t sa p p l i e a - t i o n s l J A d v a n c e dM a t e r i a l s ，2 0 1 0 ，2 2 ( 3 0 ) ：3 2 2 5 3 2 4 1 【1 9 】J i a oLY ，Z h a n gLW a n gXR ，e ta 1 N a r r o wg r a p h e n en a n o r i b b o n sf r o m c a r b o nn a n o t u b e s J N a t u r e ，2 0 0 9 ，4 5 8 ( 7 2 4 0 ) ：8 7 7 - 8 8 0 【2 0 】K o s y n k i nDV ，H i g g i n b o t h a mALS i n i t s k i iA ，e ta 1 L o n g i t u d i n a l u n z i p p i n go fc a r b o nn a n o t u b e st of o r mg r a p h e n en a n o r i b b o n s J N a t u r e ， 2 0 0 9 ，4 5 8 ( 7 2 4 0 ) ：8 7 2 8 7 6 f 2 1 】J a n o w s k ；I ，E r s e nO ，J a c o bT ，e ta 1 C a t a l y t i cu n z i p p i n go fc a r b o n n a n o t u b e st of e w l a y e rg r a p h e n es h e e t su n d e rm i c r o w a v e si r r a d i a t i o n J A p p l i e dC a t a l y s i sA G e n e r a , 2 0 0 9 ，3 7 1 ( I 一2 ) ：2 2 3 0 【2 2 】X uEY ，W e iJQ ，W a n gKLe t 以D o p e dc a r b o nn a n o t u b ea r r a yw i t ha g r a d i e n to fn i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n J C a r b o n , 2 0 1 0 , 4 8 ( 11 1 ：3 0 9 7 31 0 2 【2 3 】C u iT ) 【，L uRT ，K a n gFY 。e t 以S y n t h e s i sa n de n h a n c e df i e l d e m i s s i o no ft h i n w a l l e do p e n - e n da n dw e l l a l i g n e dN d o t a lc a r b o n n a n o t u b e s J 1 N a n o s c a l eR e s e a r c hL e t t e r s 2 0 1 0 ，5 ( 6 ) ：9 4 1 9 4 8 【2 4 】T e r m n e sM C o n t r o l l i n gn a n o t u b ec h i r a l i t ya n dc r y s t a l l i n i t yb yd o p i n g 【J 】- S m a l l ，2 0 0 5 ，l ( 1 1 ) ：1 0 3 2 1 0 3 4 【2 5 】J i a oLY ，Z h a n gL D i n gL ，e ta 1 A l i g n e dg r a p h e n en a n o r i b b o n sa n d c r G 晤s b a r $ f r o mu n z i p p e dc a r b o nn a n o t u b e s 【J 】N a n oR e s e a r c h ，2 0 1 0 ，3 ( 6 ) ：3 8 7 - 3 9 4 【2 6 】S o m a n iPR ，S o m a n iSP ，U m e n oM P l a n e rl l a n o g r a p h e n e sf r o m c a m p h o rb yC V D J I C h e m i c a lP h y s i e sL e t t e m ，2 0 0 6 ，4 3 0 ( 1 3 ) ：5 6 - 5 9 【2 7 】K i mKS ，Z h a oY ，J a n gH ，e t 以L a r g e - s c a l ep a t t e r ng r o w t ho fg r a p h e n e f i l m sf o rs t r e t c h a b l et r a n s p a r e n te l e c t r o d e s 【J 】N a t u r e ，2 0 0 9 ，4 5 7 ( 7 2 3 0 ) ： 7 0 6 7 1 0 【2 8 】D e r v i s h iE ，L iZR ，X uY ，e ta 1 C a r b o nN a n o t u b e s ：S y n t h e s i s 。p r o p e r - t i e s ，a n da p p l i c a t i o n s 【J 】P a r t i c t d a t eS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y , 2 0 0 9 ，2 7 ( 2 ) ：1 0 7 一】2 5 【2 9 】Q uLT ，L i uY ，B a c kJB ，e ta 1 N i t r o g e n - d o p e dg r a p h e n ea se f f i c i e n t m e t a l f r e ee l e e t r o c a t a l y s tf o ro x y g e nr e d u c t i o ni nf u e l c e l l s 【J 1 A c s N a n o ，2 0 1 0 ，4 ( 3 ) ：1 3 2 1 - 1 3 2 6 【3 0 】W e i DC ，L i uYQ ，Z h a n gHLe ta 1 S c a l a b l es y n t h e s i so ff e w l a y e r g r a p h e n er i b b o n sw i t hg o n t r o l l e dm o r p h o l o g i e sb yat e m p l a t em e t h o d 科技导报2 0 1 0 2 8 ( 2 4 ) 2 7万方数据 e V l e w 宦墨墨乏翟乏自 a n dt h e i ra p p l i c a t i o n si nn a n o e l e e t r o m e e h a n i e a ls w i t c h e sf J J o u M o f t h eA m e r m c a nC h e m i c a lS o c i e t y , 2 0 0 9 1 3 1 ( 3 1 ) ：1 1 1 4 7 一1 1 1 5 4 【3 1 】C h e nZ ，R a nW ，L i uB ，e ta 1 B u l kg r o w t ho fn l o n o t of e w l a y e r g r a p h e n eo nn i c k e lp a r t i c l e sb yc h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o nf r o mm e t h a n e 【J 1 C a r b o n ，2 0 i 0 ，4 8 ( 1 2 ) ：3 5 4 3 3 5 5 0 【3 2 1H u m m e r sWS ，f H f e m a nRE P r e p a r a t i o no fg r a p h i t i eo x i d e 哪J o u m d o f t