「黑金」石墨烯，有哪些特性？是如何分類的？

石墨烯是2004年由曼徹斯特大學科斯提亞•諾沃謝夫和安德烈•蓋姆發現的，他們使用的是一種被稱為機械微應力技術的簡單方法。正是這種簡單的方法製備出來的簡單物質石墨烯，推翻了科學界的一個錯誤認識：任何二維晶體不能在有限的溫度下穩定存在。石墨烯這種二維晶體不僅可以在室溫存在，而且十分穩定地存在於通常的環境下。

石墨烯與所有其他已知材料不同的是，石墨烯高度穩定，即使被切成1納米寬的元件，其導電性也很好。此外，石墨烯單電子電晶體可在室溫下工作。而作為熱導體，石墨烯比目前任何其他材料的導熱效果都好。更令人稱奇的是，石墨烯的柔韌性特別好，厚度只有一層碳原子的石墨烯被稱為「奇蹟材料」。

石墨烯是目前已知的硬度最高、最薄的材料，僅有一個碳原子厚。石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，只有0.34納米厚，十萬層石墨烯疊加起來的厚度大概等於一根頭髮絲的直徑，人們用肉眼是看不見的。

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的單層二維碳納米材料，這種穩定二維蜂巢狀晶格結構賦予了石墨烯力學、光學、電學和微觀量子性質等極為優異的性能，被稱為「材料之王」。

石墨烯是從石墨材料中剝離出來，由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。石墨烯具有完美的二維晶體結構，它的晶格是由六個碳原子圍成的六邊形，碳原子之間由s鍵連接，結合方式為sp2雜化，這些s鍵賦予了石墨烯極其優異的力學性質和結構剛性。

石墨烯具有獨特的電子能帶結構，以獨立碳原子為基，將周圍碳原子產生的勢作為微擾，可以用矩陣的方法計算出石墨烯的能級分布，石墨烯中電子的有效質量為零，表現出了石墨烯獨特的電學性質。

石墨烯是人類已知強度最高的物質，它比鑽石還堅硬，強度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍，在每100納米距離上可承受的最大壓力竟然達到了2.9微牛左右。

石墨烯是世上電阻率最小的材料，在石墨烯中，電子能夠極為高效地遷移，遷移速率僅為光速的三百分之一，遠遠高出其在矽、銅等傳統半導體和導體中的速率。石墨烯電阻率極低，電子能在其中極為高效地移動，這使得石墨烯具有非常好的導電性。

2.石墨烯分類

完美的石墨烯是二維的，它只包括六角元胞(等角六邊形)，如果有五角元胞和七角元胞存在,那麼他們構成石墨烯的缺陷。如果少量的五角元胞細胞會使石墨烯翹曲，12個五角元胞的會形成富勒烯。石墨烯是單層石墨烯、雙層石墨烯、少層石墨烯和多層石墨烯的統稱。

1）單層石墨烯（Graphene）是指由一層以苯環結構（即六角形蜂巢結構）周期性緊密堆積的碳原子構成的一種二維碳材料。

2）雙層石墨烯（Bilayer or double-layer graphene）是指由兩層以苯環結構（即六角形蜂巢結構）周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA『堆垛等）構成的一種二維碳材料。

3）少層石墨烯（Few-layer）是指由3～10層以苯環結構（即六角形蜂巢結構）周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）構成的一種二維碳材料。

4）多層或厚層石墨烯（multi-layer graphene）是指厚度在10層以上10nm以下苯環結構（即六角形蜂巢結構）周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）構成的一種二維碳材料。

常見的天然石墨是由一層層蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊形成的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成較薄的石墨片。當把石墨片剝成單層之後，形成的一個碳原子厚度的單層就是石墨烯，是碳的二維結構。

石墨烯是碳的各種形態中的基本結構，可以從石墨烯成功製備出如富勒烯、碳納米管，彈道電晶體等其他碳素新材料，石墨烯也因此被稱為「碳材料之母」。只要添加一點石墨烯進入其它材料，就有可能產生意想不到的效果，作為材料界引起革命性改變的「超級材料」 ，石墨烯幾乎無所不能。