解析：石墨烯的缺陷及其形成原因

石墨烯被發現之后就因為其各種一騎絕塵的各種性能堪稱“完美材料，實際上，真實存在的石墨烯并不是一張絕對平整的由碳六元環構成的大分子。研究表明，石墨烯本身具有一定的褶皺，并不絕對平整；而且，由于石墨烯并不是天然條件下存在的產物，人工制備的石墨烯基于各種制備方法的限制，其結構中存在各種缺陷，下面和小編一起學習下！

石墨烯概述

七十多年前，LandauandPeierls指出：嚴格二維晶體由于熱力學不穩定不可能單獨存在。此后，基于大量的實驗觀察，Mermin對該觀點表示了贊同。無可否認，薄膜材料的熔點會隨著其厚度的減小而快速下降，當其厚度下降到只有幾層原子大小時，該材料就會分解或者破碎為小塊?；谶@種事實，人們一直認為單層原子組成的晶體膜不可能單獨穩定存在，只能依附生長于三維晶體上。

但是，2004年，Novoselov等人成功在實驗室制備出了穩定的單層石墨烯，嚴格二維晶體不能穩定存在的觀點被重新審視。緊接著，Novoselov等人的進一步研究發現，石墨烯不但能夠穩定存在，而且結晶度非常高，在石墨烯上，電荷載體可以運動成千上萬個原子距離而不發生散射；此后，ZhangYuanbo等人在石墨烯上觀察到了量子霍爾效應。

一系列研究結果表明：石墨烯作為單層晶體，具有與眾不同的特殊性質。自此，石墨烯迎來了屬于它的“黃金時代，大量圍繞著石墨烯光學，電學，力學特性及理論與應用的研究被廣泛而深入的開展起來。

石墨烯的結構及缺陷

由sp2軌道雜化的碳原子組成的六元環向平面方向延伸，就可以構成石墨烯的理論模型（如圖1所示），從圖中可以看出，石墨烯通過卷裹、層疊等，可以形成我們熟悉的炭材料，如富勒烯，碳納米管，石墨等。

在早期對于碳納米管和石墨結構的研究中，研究者們多次發現了碳納米管和石墨的結構缺陷，由此不難想象，在原子水平上，石墨烯也應該存在缺陷。實際上，真實存在的石墨烯并不是一張絕對平整的由碳六元環構成的大分子。研究表明，石墨烯本身具有一定的褶皺，并不絕對平整；而且，由于石墨烯并不是天然條件下存在的產物，人工制備的石墨烯基于各種制備方法的限制，其結構中存在各種缺陷，這些缺陷影響著石墨烯的物理化學性質，因此很多研究者使用透射電子顯微鏡（TEM）和掃描隧道顯微鏡（STM）在原子分辨率水平下觀察研究石墨烯缺陷。

石墨烯缺陷，可以分為兩大類：

第一類缺陷為本征缺陷，由石墨烯上非sp2軌道雜化的碳原子組成，這些碳原子軌道雜化形式的變化，通常是因為本身所在的，或者周圍的碳六元環中缺少或者多出碳原子所導致，因此這種石墨烯片在原子分辨率下通?？梢杂^察到明顯的非六元碳環甚至點域或者線域的空洞；

第二類缺陷為外引入缺陷，也可以稱之為不純缺陷，這些缺陷是由與石墨烯碳原子共價結合的非碳原子導致的，由于原子種類的不同，外原子缺陷如N、O等強烈著影響著石墨烯上的電荷分布和性質。

另外，基于以前人們對于晶體缺陷遷移的認識，特別是碳納米管在外能量干擾下結構重構的研究，可以合理的認為，石墨烯上的缺陷并不總是靜止在某一位置，其沿石墨烯可以做移動，只是這種移動程度可能很低，無法觀測到。