1  绪论

1。1  石墨烯的特点和应用

1。1。1  石墨烯的特点

    石墨烯自从2004年被发现[1]以来便引起了广泛的关注。实验和理论研究表明石墨烯具有很高的晶格质量，只有很低的缺陷密度，因此载流子能在不被散射的情况下传输数千个原子距离，表现为没有质量的相对粒子。这导致石墨烯里电子流动性非常高，在物理片状剥落的单层石墨烯测出了超过2×105cm2/(V*s)的载流子迁移率[2]。

    石墨烯是呈现由狄拉克费米子描述的超低能量电子激发的半金属。以自洽的方式分析局部（杂质或空位）和边界（边缘或晶界）上的缺陷对石墨烯电子和输运性质的影响[3]得到：一方面，随着接近费米能级态的电子密度的增强，点缺陷在低能量处引起有限弹性寿命。局部的缺陷在低温下导致量子电导规则的通常的，缺陷独立的电导率。静态电导率随温度上升，而且在磁场下显示出振荡。石墨烯的磁化率与温度有关，不像一般的金属，而且还随缺陷的量增加。另一方面，边界缺陷在费米能级附近诱导产生了局部态。在没有电子-空穴对称性的情况下，这些状态会导致缺陷和体之间的电荷传导，我们称该现象为自掺杂。论文网

1。1。2  石墨烯的应用

    石墨烯在纳米电子设备，譬如高速运算设备，传感器（图1。1[4]）和透明电极中展现出很多潜在的应用。由于其具有很高的电子迁移率，也能被用于晶体管（图1。2[5]）中。

    纯净的石墨烯（单层的，不含杂质的完全sp2杂化的碳原子层）已经能通过几种途径生产出来，包括通过化学气相沉积生长（在基底上分离的单层和聚集在一起的粉末），石墨的显微机械剥落，在碳化硅晶体上的生长。这些方法能生产出有着优异物理性能，而且基本没有缺陷的材料，但是目前制造的石墨烯粉末样品还不能达到足够用于复合材料填充物的质量。[6]

图1。1  用于氨气传感的GMHW-MZI。石墨烯吸附氨后将产生动态的传导电荷，这将导致和波导结构变化有关的特定折射率产生。我们知道特定的折射率决定了透射光的相位。所以氨的聚集将引起光谱变化。

图1。2  GFET(a)和GBT(b)的示意图。红色箭头显示了在这些设备工作时电子的传输方向。GBT在共射极组态关闭状态(c)和开启状态(d)的简化能带图。我们注意到在(c)和(d)中费米能级和石墨烯狄拉克点之间的能量差异代表了石墨烯的量子电容效应。

1。2  石墨烯电子性能的调控

1。2。1  有机分子在石墨烯表面的吸附

    不同有机分子在不同基底上生长的石墨烯上的吸附得到了广泛的研究。许多种有机分子在石墨烯上的排列很相似，因为他们具有相似的表面原子和电子结构。然而，也有和石墨烯基底材料有关表现出明显差异的报导。石墨烯在金属上的Moiré结构能诱导有机分子更好的吸附位置，如果该结构的周期和分子的长度/结构一致，因此可能得到相较于其它基底材料比较特别的吸附结构。有秩序的分子层结构为其它用于石墨烯基电子设备的材料提供了作为模板生长和沉积的宝贵机会。相同的有机分子以不同的排列方向吸附在生长在不同基底上的石墨烯的情况也得到了研究，因为单层石墨烯很薄，不能完全阻止吸附分子和下面的金属基底相互作用。为了理解分子和有基底支撑的石墨烯之间的相互作用，有必要对基底的影响做更多的研究。研究数据也显示在分子上加入不同的官能团能改变分子和石墨烯之间的相互作用，也因此改变了分子吸附的排列方向，因为吸附分子最终的结构是有机分子-石墨烯相互作用和分子之间的相互作用竞争的结果。这个结论能用于为不同属性的电子设备配备具有不同排列方向的吸附分子。