小烯导读
俗话说“金无足赤、人无完人”，即使贵为“新材料之王”的石墨烯，也并非万能的，随着石墨烯热的兴起，很多不明真相的群众都被其万能材料的光环所迷惑了，今天小编就给大家科普一些石墨烯不具备的性质，杜绝忽悠！
新材料种类繁多，行业包罗万象。从集成电路半导体器件所用的硅材料，到航空航天领域所用的钛合金；从医疗领域骨骼修复所用到的组织诱导生物材料，到日常眼镜镜片所用的透明树脂。然而，在众多的新材料当中，只有少数几种具有「颠覆性基因」，石墨烯就是其中之一。
或许更精准地说，石墨烯作为最上游的材料，可以跟大部分材质做结合，即使像在复合金属中铜与碳的溶解度低，我们还是可以透过特殊工艺来完成项目。但如果你觉得石墨烯就可能为所欲为，可以和任何材料相结合，那你可能就错了。
石墨烯是疏水的，在常用的水溶液中分散相很差！！
荷叶的疏水性
什么叫疏水性，简单来说，就是指的是一个物质的分子与水互相排斥的物理性质，食用油见过没有？这就是最常见的疏水物质，滴一滴油到水里，会漂在水表面，而不是与水融合到一起！所以，石墨烯是不能直接分散在水性溶液中的！！
石墨烯具有完整的苯六元环结构，使得石墨烯表面表现惰性，化学性能稳定，与其他介质的界面作用差，同时石墨烯具有较大的表面能，容易自发的聚集，在水中和常用的有机溶剂中分散性差。
石墨烯到底属于疏水性材料还是亲水性材料？石墨烯材料与许多其他碳基材料一样，都属于疏水性材料。英国国家物理实验室（NPL）做过关于石墨烯的亲疏水性问题的研究，与人们对于石墨烯广泛的认知相反，这项研究表明石墨烯材料的疏水性与其厚度有很大关系，单层石墨烯相较多层石墨烯而言，具有更高的亲水性。
我们知道，石墨烯是碳材料家族中的一员，同属于这个大家庭的还有石墨、金刚石等，但是，由于原子结构的不同他们的性质真是千差万别。石墨烯耐氧化温度为 650℃，热失重温度为 450℃，也就是加温超过 450℃以上就逐渐被破坏、失重。当然在真空条件下可以超过 3,800℃，但成本高、不适合一般民生消费品加工。
3、石墨烯可以取代硅，所以可以直接用来制备半导体，错！ 石墨烯之所以成为热门的取代硅的材料是因为它具备了作为微电子器件材料所需的大部分性质，尤其是它超高的载流子迁移率以及结构尺度为二维的特性。除此之外，石墨烯的高热导率、高力学强度、近乎透明在实际应用中赋予了其很好的性能。
但是，石墨烯有个致命的先天缺陷，就是石墨烯缺少能隙无法在短期内投入到实际应用中。
一个理想的微电子材料需要满足的点却远不只高迁移率这一项，归结起来主要有以下几点：
1） 易于在大面积的衬底上生长，过程不产生危害物，能够与现有的硅基技术相容（考虑到硅基半导体技术投入非常巨大，能够相容而不是淘汰才能够满足工业界的成本考量）。
2）与衬底介电材料之间能形成稳定的界面，缺陷浓度小，不会影响界面附近半导体中载流子的输运
3）和金属栅极之间的接触电阻较小
4）最最重要的一点，足够好的热导率、迁移率以及一个合适的能隙宽度。这些特性决定了该器件的频率和开关电流比。
石墨烯的电子迁移率异常之高而有效质量接近于0，这得益于其费米面附近独特的狄拉克锥形（Dirac cone）能带结构。
图（1）dirac cone示意图
高质量的石墨烯电子迁移率可以达到106cm2/Vs，在制成MOSFET之后可以到1103-104cm2/Vs，然而传统的硅基材料MOS只有102-103cm2/Vs，两个数量级的迁移率的差别在微电子工业中已经是很大程度的性能提升。
事实上，石墨烯几乎具备所有电子工业材料所需的特点，除了一个合适的能隙宽度（大于等于0.4 eV的能隙可以获得一个较好的开关电流比）。
根据图（1）我们可以看到，石墨烯在费米面附近几乎没有形成能隙（band gap），从而石墨烯制成的MOSFET只能开启无法关闭。这样的材料是无法在电子工业界中得到应用的，所以目前我们暂时还无法在近期甚至中期内看到由石墨烯制成的MOSFET或者RF器件。
当然，石墨烯能隙宽度这个问题也不是无法解决，目前的办法有通过刻蚀法（lithography）制成石墨带（graphene nanoribbon），或者堆叠形成双层石墨烯外加垂直方向电场形成能隙。
图（3）石墨烯如何打开能隙（来源nanture nanotechnology ）
图（4）双层石墨烯外加垂直电场打开能隙
目前来看，石墨烯在电子工业界的地位更可能是硅的好基友，而不是竞争对手，利用其优异的力学、热学和电学性质可以在硅基半导体工业中扮演散热器、透明电极、衬底材料等角色。硅的霸主地位从70年代以来就受到了III-V族GaAs、碳纳米管等小弟的挑战，但没有一个把它打败过，短时间来看strain silicon技术可以进一步挖掘其潜力，硅的地位还能继续保持下去。
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