石墨烯,石墨烯的發(fā)現(xiàn)歷史，結(jié)構(gòu)，特性，制備方法，應(yīng)用
在本質(zhì)上，石墨烯是分離出來(lái)的單原子層平面石墨。按照這說(shuō)法，自從20世紀(jì)初，X射線晶體學(xué)的創(chuàng)立以來(lái)，科學(xué)家就已經(jīng)開始接觸到石墨烯了。1918年，V. Kohlschütter 和 P. Haenni詳細(xì)地描述了石墨氧化物紙的性質(zhì)（graphite oxide paper）[8]。1948年，G. Ruess 和 F. Vogt發(fā)表了最早用穿透式電子顯微鏡拍攝的少層石墨烯（層數(shù)在3層至10層之間的石墨烯）圖像[9]。
關(guān)于石墨烯的制造與發(fā)現(xiàn)，最初，科學(xué)家試著使用化學(xué)剝離法（chemical exfoliation method）來(lái)制造石墨烯。他們將大原子或大分子嵌入石墨，得到石墨層間化合物。在其三維結(jié)構(gòu)中，每一層石墨可以被視為單層石墨烯。經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)處理，除去嵌入的大原子或大分子后，會(huì)得到一堆石墨烯爛泥。由于難以分析與控制這堆爛泥的物理性質(zhì)，科學(xué)家并沒有繼續(xù)這方面研究。還有一些科學(xué)家采用化學(xué)氣相沉積法，將石墨烯薄膜外延生長(zhǎng)（epitaxial growth）于各種各樣基板（substrate），但初期品質(zhì)并不優(yōu)良[10]。
于2004年，曼徹斯特大學(xué)和俄國(guó)切爾諾戈洛夫卡微電子理工學(xué)院（Institute for Microelectronics Technology）的兩組物理團(tuán)隊(duì)共同合作，首先分離出單獨(dú)石墨烯平面[11]。海姆和團(tuán)隊(duì)成員偶然地發(fā)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單易行的制備石墨烯的新方法。他們將石墨片放置在塑料膠帶中， 折疊膠帶粘住石墨薄片的兩側(cè)，撕開膠帶，薄片也隨之一分為二。不斷重復(fù)這一過程，就可以得到越來(lái)越薄的石墨薄片，而其中部分樣品僅由一層碳原子構(gòu)成——他們制得了石墨烯。當(dāng)然，僅僅是制備是不夠的。通常，石墨烯會(huì)隱藏于一大堆石墨殘?jiān)�，很難得會(huì)如理想一般地緊貼在基板上；所以要找到實(shí)驗(yàn)數(shù)量的石墨烯，猶如東海撈針。甚至在范圍小到1 cm2的區(qū)域內(nèi)，使用那時(shí)代的尖端科技，都無(wú)法找到。海姆的秘訣是，如果將石磨烯放置在鍍有在一定厚度的氧化硅的硅片上。 利用光波的干涉效應(yīng)，就可以有效地使用光學(xué)顯微鏡找到這些石墨烯。這是一個(gè)非常精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)；例如，假若氧化硅的厚度相差超過5%，不是正確數(shù)值300nm，而是315nm，就無(wú)法觀測(cè)到單層石墨烯[10]。
近期，學(xué)者研究在各種不同材料基底上面的石墨烯的可見度和對(duì)比度，同時(shí)也提供一種簡(jiǎn)單易行可見度增強(qiáng)方法[12]。另外，使用拉曼顯微學(xué)（Raman microscopy）的技術(shù)做初步辨認(rèn)，也可以增加篩選效率[13]。
于2005年，同樣曼徹斯特大學(xué)團(tuán)隊(duì)與哥倫比亞大學(xué)的研究者證實(shí)石墨烯的準(zhǔn)粒子（quasiparticle）是無(wú)質(zhì)量迪拉克費(fèi)米子（Dirac fermion）。類似這樣的發(fā)現(xiàn)引起一股研究石墨烯的熱潮。從那時(shí)起，上百位才學(xué)兼優(yōu)的研究者踏進(jìn)這嶄新領(lǐng)域。
現(xiàn)在，眾所皆知，每當(dāng)石墨被刮磨時(shí)，像用鉛筆畫線時(shí)，就會(huì)有微小石墨烯碎片被制成，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一大堆殘?jiān)黐11]。在2004/05年以前，沒有人注意到這些殘?jiān)槠惺裁从锰�，因此，石墨烯的發(fā)現(xiàn)應(yīng)該歸功于海姆團(tuán)隊(duì)[14]，他們?yōu)楣腆w物理學(xué)發(fā)掘了一顆閃亮的新星。
