石墨烯材料在電子器件中的應用

陳剛

摘要：石墨烯材料在電子器件中的應用有著較好的兼容性，現階段石墨烯材料得到人們和相關技術人員的高度認可，并且將其廣泛應用于化學、生物、電子信息等多個領域。

[關鍵詞]石墨烯材料 電子器件 應用分析

目前，石墨烯材料是納米材料、化學和生物等多個領域研發的熱點，它是一種具有二維波浪形平面結構新型的電子材料，并且它的導電性較好，比表面積大。研究石墨烯材料在電子器件中的應用包括石墨烯場效應在超級容器、太陽能電池、晶體管中的應用。同時，我們要認真分析和詳細了解石墨烯在電子器件中應用的領域和背景。

1石墨烯電子器件的背景與發展前景

隨著我們經濟的發展，物質基礎不斷強大，科學技術迅猛發展，我國的電子工程技術和半導體科學進一步發展。但是以硅為中心的半導體芯片在器件中的應用和制作已經到達了瓶頸期。為了提高器件的集成密度，優化器件品質，提升大規模集成電路的整體處理能力，相關工作人員和研究人員在不斷探索和尋找一種新型的材料來代替硅，石墨烯比較適用于電子器件，是一種二維蜂結構的碳單質，逐漸被研究者發現并深入研究。

研究人員通過相關研究發現，石墨烯材料具有較高的電子遷移性，它不容易受到外部環境的影響。在常溫的情況下，石墨烯的載流子密度和電子遷移率都與電子器件實際的需求相符，并且石墨烯具有較高的與硅基半導體競爭能力。石墨烯的出現為科學家和相關研究人員提供了豐富的研究素材，它的出現方便了人們的生活，促進了電池產業的變革，使汽車行業實現了革命性的突破。石墨烯的發展前景廣闊，我們可以從以下幾個方面進行展望：首先，它具有吸引力的溫室道場效應適合在電子工程領域開發和深入研究。其次，它增強了主電路開關的時效性，縮短了開關的時間，加快了響應的速度。再次，我們要進一步探索和開發電子器件。最后，我們可以在相同的石墨烯上進行整個電路的集成，進而有效的減小集成板的體積。

2石墨烯的基本性質

石墨烯是一種二維的結構，它能夠分解零維富勒烯，也可以堆積成三維的石墨。石墨烯的力學性質十分穩定，碳原子的連接較為柔韌，一旦有外力施加到了原子面，原子面就會出現彎曲或者變形。在理想的狀態下，單層的石墨烯表面不平整，并且平面結構不夠完美，在薄膜邊緣經常會出現內部褶皺的情況，而多層的石墨烯比單層的石墨烯邊緣處起伏較小，這在一定程度上說明當受到拉伸和彎曲等外力作用后，石墨烯仍然能夠保持較為穩定的力學。在一定能量的條件下，石墨烯中是動量和電子能量呈線性關系。

3石墨烯在新型電子器件各個領域中的應用

3.1石墨烯場效應在晶體管中的應用

經過長時間的研究表明，有機場效應晶體管已經成為目前最重要的電子器件之一。現階段，很多晶體管中的電極材料大多是金和鋁，它不僅阻力和抗力較大，而且反應不夠靈活、消耗資源較多、透光性低、不容易彎曲和變形。石墨烯材料與鋁的化學性質相似，它具有鋁擁有的優點，并且避免了鋁的缺點，它的化學性質比鋁的化學性質更加穩定，電子遷移率較高，同時它與相鄰層的材料之間接觸的電阻很小。通過大量的研究和實驗，相關技術人員認為石墨烯是一種極為合適的、比較理想的電極材料，并且制作石墨烯的方法在日漸成熟，變得越來越多樣化。

3.2石墨烯在太陽能電池中的應用

石墨烯在太陽能電池應用中具有較大的潛能，因為它具有導熱率高、導電性能高、透明度高等特點。如果太陽能電池的陽極使用的是石墨烯材料，那么將會減少三分之一的成本，進一步優化電子器件的轉換率。

現階段，ITO普遍應用于太陽能電池的透明電極，但是ITO對于紅外線的射透率較低，并且不能有效的實現光和電的轉換，因此，大多數的太陽能電池不能有效的利用紅外線能源。石墨烯材料能夠彌ITO的不足，因為石墨烯具有較高的載流子遷移率。目前，相關技術人員研究的重點是尋找到先進的制造技術，制造出高質量的、具有較高電荷遷移率的石墨烯片。

3.3石墨烯在超級電容器中的應用

我們可以將超級電容器叫做雙電層電容器，它可以有效傳遞能量，進行高效存儲。同時它具有綠色環保、使用期限長、充電時間短、低耗能等優點。因為石墨烯具有優異的柔韌性、導電性和機械性能良好、比表面積較大，所以我們將其作為較為理想的超級電容電極材料。

3.4石墨烯在高速電子器件中的應用

作為一種新型的電子器件，石墨烯促進了信息、通信和電子等多個領域的發展。目前，已經有公司將石墨烯材料研制成了射頻FET，它是當前運行速度最快、體積最小的射頻。但是，石墨烯也有不足之處，由于它具有零帶隙的特點，所以當GFET處于關閉的狀態時，仍然會有少量的電流經過，這在一定程度上阻礙了石墨烯替代硅的發展。

3.5石墨烯在光電探測器中的應用

廣電探測器可以有效的提升材料的綜合性能，它可以直接吸收射入的光子能量，并且將其中的電子激發至導帶中，它在遠程控制、電視和DVD播放領域得到廣泛的應用。在一般情況下，入射光子能量吸收將會影響到半導體材料的帶隙大小，石墨烯帶隙為零，它可以直接將電子激發至導帶中，并且吸收帶足夠寬，載流子遷移率比較理想，比較適用于探測器領域。

4結語

現階段，石墨烯材料的研究問題仍然是一個國家、社會以及科研領域十分關注的問題。石墨烯材料的研究還存在著很多的科學問題尚待解決，科學家們要積極創新研究方法，引進先進的技術。同時，石墨烯材料的廣泛應用提高了我國傳統電子器件的性能，拓寬了電子器件的使用領域，為我國乃至世界的環保事業做出了突出的貢獻，促進了我國生產技術的變革。參考文獻

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