石墨烯纳米片及其场发射性能研究

摘要：两维石墨烯纳米材料是目前材料研究的热点之一，其中石墨烯纳米片的一个重要特征是有一条一维尖锐的刀口状边缘，电场增强系数大，是很好的电子场发射材料。本文介绍了石墨烯纳米片结构特点，综述了石墨烯纳米片的制备及电子发射性能，指出了目前研究存在的问题和研究方向。

2004年英国曼彻斯特大学的科学家Geim A用一种微机械剥离法剥离并观察到单层碳原子平面结构，即石墨烯(Graphene)[1|。尽管这种单层石墨烯的制备具有一定的偶然性和随机性，但是打破了两维单层原子晶体结构不能独立存在的热力学传统观念，随着对其特异性能的实验证实[2-3|，引发了目前的两维石墨纳米材料的研究热潮[4]。

1.石墨烯纳米片

石墨烯纳米片GNFs(Graphene NanoFlakes)，也称为碳纳米片CNFs(Carbon nanoflakes)或碳纳米壁CNWs(Carbon nanowalls)，是由单层碳原子平面结构石墨烯堆垛而成，厚度为纳米尺度的两维石墨纳米材料，其极端情况是单层石墨烯。两维石墨烯纳米片的厚度界限应视电子结构突变(<10层石墨烯[4])和物化效应突变而共同确定，一般可以认为厚度不超过20咖啡]。由于维度的不同，两维石墨烯纳米材料的性能在很大程度上不同于碳纳米管，具有许多独特的性质，例如零静止质量的狄拉克费米子系统、双极性超导电流的电场效应、完美的电子隧穿效应、安德森局域化的弱化现象、从不消失的电导率以及半整数霍尔效应等[2 7-9]，使两维石墨烯纳米材料不仅有重要的理论研究价值，而且在计算机芯片、纳米器件、复合材料、电极材料、生物医药等领域具有广泛而深刻的应用前景。

石墨烯纳米片的一个重要特征是有一条一维尖锐的刀口状边缘，电场增强系数大，是很好的电子场发射材料，再加之导热、导电好，化学性质稳定，机械强度高，这些优异性能可望超过碳纳米管，对解决目前碳纳米管发射不稳定、寿命短、均匀性差等制约着场发射材料发展的难题提供了选择。有理由期待这种两维石墨纳米材料将成为优异的电子场发射材料，将在场发射显示、照明、X射线管和电子束加工等领域有重要和广泛的应用。

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