解析：石墨烯的缺陷及其形成原因

　　石墨烯被发现之后就因为其各种一骑绝尘的各种性能堪称“完美材料”，实际上，真实存在的石墨烯并不是一张绝对平整的由碳六元环构成的大分子。研究表明，石墨烯本身具有一定的褶皱，并不绝对平整；而且，由于石墨烯并不是天然条件下存在的产物，人工制备的石墨烯基于各种制备方法的限制，其结构中存在各种缺陷，下面和小编一起学习下！

　　石墨烯概述

　　七十多年前，Landau and Peierls 指出严格二维晶体由于热力学不稳定不可能单独存在。此后，基于大量的实验观察，Mermin对该观点表示了赞同。无可否认，薄膜材料的熔点会随着其厚度的减小而快速下降，当其厚度下降到只有几层原子大小时，该材料就会分解或者破碎为小块。基于这种事实，人们一直认为单层原子组成的晶体膜不可能单独稳定存在，只能依附生长于三维晶体上。

　　但是，2004 年，Novoselov 等人成功在实验室制备出了稳定的单层石墨烯，严格二维晶体不能稳定存在的观点被重新审视。 紧接着，Novoselov 等人的进一步研究发现，石墨烯不但能够稳定存在，而且结晶度非常高，在石墨烯上，电荷载体可以运动成千上万个原子距离而不发生散射；此后，Zhang Yuanbo 等人在石墨烯上观察到了量子霍尔效应。

　　一系列研究结果表明石墨烯作为单层晶体，具有与众不同的特殊性质。自此，石墨烯迎来了属于它的“黄金时代”，大量围绕着石墨烯光学，电学，力学特性及理论与应用的研究被广泛而深入的开展起来。

　　石墨烯的结构及缺陷

　　由sp2轨道杂化的碳原子组成的六元环向平面方向延伸，就可以构成石墨烯的理论模型（如图1所示），从图中可以看出，石墨烯通过卷裹、层叠等，可以形成我们熟悉的炭材料，如富勒烯，碳纳米管，石墨等。

　　在早期对于碳纳米管和石墨结构的研究中，研究者们多次发现了碳纳米管和石墨的结构缺陷，由此不难想象，在原子水平上，石墨烯也应该存在缺陷。实际上，真实存在的石墨烯并不是一张绝对平整的由碳六元环构成的大分子。研究表明，石墨烯本身具有一定的褶皱，并不绝对平整；而且，由于石墨烯并不是天然条件下存在的产物，人工制备的石墨烯基于各种制备方法的限制，其结构中存在各种缺陷，这些缺陷影响着石墨烯的物理化学性质，因此很多研究者使用透射电子显微镜（TEM）和扫描隧道显微镜（STM）在原子分辨率水平下观察研究石墨烯缺陷。

　　石墨烯缺陷，可以分为两大类

　　第一类缺陷为本征缺陷，由石墨烯上非sp2轨道杂化的碳原子组成，这些碳原子轨道杂化形式的变化，通常是因为本身所在的，或者周围的碳六元环中缺少或者多出碳原子所导致，因此这种石墨烯片在原子分辨率下通常可以观察到明显的非六元碳环甚至点域或者线域的空洞；

　　第二类缺陷为外引入缺陷，也可以称之为不纯缺陷，这些缺陷是由与石墨烯碳原子共价结合的非碳原子导致的，由于原子种类的不同，外原子缺陷如N、O 等强烈着影响着石墨烯上的电荷分布和性质。

　　另外，基于以前人们对于晶体缺陷迁移的认识，特别是碳纳米管在外能量干扰下结构重构的研究，可以合理的认为，石墨烯上的缺陷并不总是静止在某一位置，其沿石墨烯可以做移动，只是这种移动程度可能很低，无法观测到。

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