石墨烯材料在电子器件中的应用

陈刚

摘要：石墨烯材料在电子器件中的应用有着较好的兼容性，現阶段石墨烯材料得到人们和相关技术人员的高度认可，并且将其广泛应用于化学、生物、电子信息等多个领域。

[关键词]石墨烯材料 电子器件 应用分析

目前，石墨烯材料是纳米材料、化学和生物等多个领域研发的热点，它是一种具有二维波浪形平面结构新型的电子材料，并且它的导电性较好，比表面积大。研究石墨烯材料在电子器件中的应用包括石墨烯场效应在超级容器、太阳能电池、晶体管中的应用。同时，我们要认真分析和详细了解石墨烯在电子器件中应用的领域和背景。

1石墨烯电子器件的背景与发展前景

随着我们经济的发展，物质基础不断强大，科学技术迅猛发展，我国的电子工程技术和半导体科学进一步发展。但是以硅为中心的半导体芯片在器件中的应用和制作已经到达了瓶颈期。为了提高器件的集成密度，优化器件品质，提升大规模集成电路的整体处理能力，相关工作人员和研究人员在不断探索和寻找一种新型的材料来代替硅，石墨烯比较适用于电子器件，是一种二维蜂结构的碳单质，逐渐被研究者发现并深入研究。

研究人员通过相关研究发现，石墨烯材料具有较高的电子迁移性，它不容易受到外部环境的影响。在常温的情况下，石墨烯的载流子密度和电子迁移率都与电子器件实际的需求相符，并且石墨烯具有较高的与硅基半导体竞争能力。石墨烯的出现为科学家和相关研究人员提供了丰富的研究素材，它的出现方便了人们的生活，促进了电池产业的变革，使汽车行业实现了革命性的突破。石墨烯的发展前景广阔，我们可以从以下几个方面进行展望：首先，它具有吸引力的温室道场效应适合在电子工程领域开发和深入研究。其次，它增强了主电路开关的时效性，缩短了开关的时间，加快了响应的速度。再次，我们要进一步探索和开发电子器件。最后，我们可以在相同的石墨烯上进行整个电路的集成，进而有效的减小集成板的体积。

2石墨烯的基本性质

石墨烯是一种二维的结构，它能够分解零维富勒烯，也可以堆积成三维的石墨。石墨烯的力学性质十分稳定，碳原子的连接较为柔韧，一旦有外力施加到了原子面，原子面就会出现弯曲或者变形。在理想的状态下，单层的石墨烯表面不平整，并且平面结构不够完美，在薄膜边缘经常会出现内部褶皱的情况，而多层的石墨烯比单层的石墨烯边缘处起伏较小，这在一定程度上说明当受到拉伸和弯曲等外力作用后，石墨烯仍然能够保持较为稳定的力学。在一定能量的条件下，石墨烯中是动量和电子能量呈线性关系。

3石墨烯在新型电子器件各个领域中的应用

3.1石墨烯场效应在晶体管中的应用

经过长时间的研究表明，有机场效应晶体管已经成为目前最重要的电子器件之一。现阶段，很多晶体管中的电极材料大多是金和铝，它不仅阻力和抗力较大，而且反应不够灵活、消耗资源较多、透光性低、不容易弯曲和变形。石墨烯材料与铝的化学性质相似，它具有铝拥有的优点，并且避免了铝的缺点，它的化学性质比铝的化学性质更加稳定，电子迁移率较高，同时它与相邻层的材料之间接触的电阻很小。通过大量的研究和实验，相关技术人员认为石墨烯是一种极为合适的、比较理想的电极材料，并且制作石墨烯的方法在日渐成熟，变得越来越多样化。

3.2石墨烯在太阳能电池中的应用

石墨烯在太阳能电池应用中具有较大的潜能，因为它具有导热率高、导电性能高、透明度高等特点。如果太阳能电池的阳极使用的是石墨烯材料，那么将会减少三分之一的成本，进一步优化电子器件的转换率。

现阶段，ITO普遍应用于太阳能电池的透明电极，但是ITO对于红外线的射透率较低，并且不能有效的实现光和电的转换，因此，大多数的太阳能电池不能有效的利用红外线能源。石墨烯材料能够弥ITO的不足，因为石墨烯具有较高的载流子迁移率。目前，相关技术人员研究的重点是寻找到先进的制造技术，制造出高质量的、具有较高电荷迁移率的石墨烯片。

3.3石墨烯在超级电容器中的应用

我们可以将超级电容器叫做双电层电容器，它可以有效传递能量，进行高效存储。同时它具有绿色环保、使用期限长、充电时间短、低耗能等优点。因为石墨烯具有优异的柔韧性、导电性和机械性能良好、比表面积较大，所以我们将其作为较为理想的超级电容电极材料。

3.4石墨烯在高速电子器件中的应用

作为一种新型的电子器件，石墨烯促进了信息、通信和电子等多个领域的发展。目前，已经有公司将石墨烯材料研制成了射频FET，它是当前运行速度最快、体积最小的射频。但是，石墨烯也有不足之处，由于它具有零带隙的特点，所以当GFET处于关闭的状态时，仍然会有少量的电流经过，这在一定程度上阻碍了石墨烯替代硅的发展。

3.5石墨烯在光电探测器中的应用

广电探测器可以有效的提升材料的综合性能，它可以直接吸收射入的光子能量，并且将其中的电子激发至导带中，它在远程控制、电视和DVD播放领域得到广泛的应用。在一般情况下，入射光子能量吸收将会影响到半导体材料的带隙大小，石墨烯带隙为零，它可以直接将电子激发至导带中，并且吸收带足够宽，载流子迁移率比较理想，比较适用于探测器领域。

4结语

现阶段，石墨烯材料的研究问题仍然是一个国家、社会以及科研领域十分关注的问题。石墨烯材料的研究还存在着很多的科学问题尚待解决，科学家们要积极创新研究方法，引进先进的技术。同时，石墨烯材料的广泛应用提高了我国传统电子器件的性能，拓宽了电子器件的使用领域，为我国乃至世界的环保事业做出了突出的贡献，促进了我国生产技术的变革。参考文献

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