解析：石墨烯的缺陷及其形成原因

　　石墨烯被發(fā)現(xiàn)之后就因為其各種一騎絕塵的各種性能堪稱“完美材料”，實際上，真實存在的石墨烯并不是一張絕對平整的由碳六元環(huán)構(gòu)成的大分子。研究表明，石墨烯本身具有一定的褶皺，并不絕對平整；而且，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，下面和小編一起學(xué)習(xí)下！

　　石墨烯概述

　　七十多年前，Landau and Peierls 指出嚴格二維晶體由于熱力學(xué)不穩(wěn)定不可能單獨存在。此后，基于大量的實驗觀察，Mermin對該觀點表示了贊同。無可否認，薄膜材料的熔點會隨著其厚度的減小而快速下降，當(dāng)其厚度下降到只有幾層原子大小時，該材料就會分解或者破碎為小塊?；谶@種事實，人們一直認為單層原子組成的晶體膜不可能單獨穩(wěn)定存在，只能依附生長于三維晶體上。

　　但是，2004 年，Novoselov 等人成功在實驗室制備出了穩(wěn)定的單層石墨烯，嚴格二維晶體不能穩(wěn)定存在的觀點被重新審視。 緊接著，Novoselov 等人的進一步研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯不但能夠穩(wěn)定存在，而且結(jié)晶度非常高，在石墨烯上，電荷載體可以運動成千上萬個原子距離而不發(fā)生散射；此后，Zhang Yuanbo 等人在石墨烯上觀察到了量子霍爾效應(yīng)。

　　一系列研究結(jié)果表明石墨烯作為單層晶體，具有與眾不同的特殊性質(zhì)。自此，石墨烯迎來了屬于它的“黃金時代”，大量圍繞著石墨烯光學(xué)，電學(xué)，力學(xué)特性及理論與應(yīng)用的研究被廣泛而深入的開展起來。

　　石墨烯的結(jié)構(gòu)及缺陷

　　由sp2軌道雜化的碳原子組成的六元環(huán)向平面方向延伸，就可以構(gòu)成石墨烯的理論模型（如圖1所示），從圖中可以看出，石墨烯通過卷裹、層疊等，可以形成我們熟悉的炭材料，如富勒烯，碳納米管，石墨等。

　　在早期對于碳納米管和石墨結(jié)構(gòu)的研究中，研究者們多次發(fā)現(xiàn)了碳納米管和石墨的結(jié)構(gòu)缺陷，由此不難想象，在原子水平上，石墨烯也應(yīng)該存在缺陷。實際上，真實存在的石墨烯并不是一張絕對平整的由碳六元環(huán)構(gòu)成的大分子。研究表明，石墨烯本身具有一定的褶皺，并不絕對平整；而且，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)，因此很多研究者使用透射電子顯微鏡（TEM）和掃描隧道顯微鏡（STM）在原子分辨率水平下觀察研究石墨烯缺陷。

　　石墨烯缺陷，可以分為兩大類

　　第一類缺陷為本征缺陷，由石墨烯上非sp2軌道雜化的碳原子組成，這些碳原子軌道雜化形式的變化，通常是因為本身所在的，或者周圍的碳六元環(huán)中缺少或者多出碳原子所導(dǎo)致，因此這種石墨烯片在原子分辨率下通常可以觀察到明顯的非六元碳環(huán)甚至點域或者線域的空洞；

　　第二類缺陷為外引入缺陷，也可以稱之為不純?nèi)毕?，這些缺陷是由與石墨烯碳原子共價結(jié)合的非碳原子導(dǎo)致的，由于原子種類的不同，外原子缺陷如N、O 等強烈著影響著石墨烯上的電荷分布和性質(zhì)。

　　另外，基于以前人們對于晶體缺陷遷移的認識，特別是碳納米管在外能量干擾下結(jié)構(gòu)重構(gòu)的研究，可以合理的認為，石墨烯上的缺陷并不總是靜止在某一位置，其沿石墨烯可以做移動，只是這種移動程度可能很低，無法觀測到。

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