1.1.3　热学性质

当电子产品长时间工作时，会导致热量聚集，使得电子器件失效，甚至会引发火灾等安全事故。空气的热导率大约为0.023 W·m^-1·K^-1，是热的不良导体，显然不利于电子器件的散热。但单层石墨烯的热导率高达1500～4600 W·m^-1·K^{-1[13, 14]}，显著高于常用的导热金属材料铜的401 W·m^-1·K^-1和银的420 W·m^-1·K^-1。这表明，石墨烯是一种理想的可导热、散热的新型材料。

薄膜的热变形行为对于研究其温度敏感特性是极为重要的，且薄膜自身的热膨胀系数会影响这种热变形行为。自单层石墨烯被发现以来，国内外研究者采用不同的方式推导计算石墨烯膜的热膨胀系数，但由于实验条件的差异以及实验方法的不同，得到的结论也不尽相同。目前被广泛接受的是，在0～700 K温度范围内石墨烯的热膨胀系数为负，且会随着温度的变化而改变^[15]。2014年，土耳其阿纳多卢大学Sevik利用准简谐近似（Quasiharmonic Approximation，QHA）仿真方法，研究了石墨烯线热膨胀系数（Linear Thermal Expansion Coefficient，LTEC）与温度的关系，如图1.6所示^[15]。图中，黑色实线为采用QHA、局部密度近似（Local Density Approximation，LDA）与（Vienna Ab initio Simulation Package，VASP）相结合的方式获得的石墨烯LTEC与温度之间的关系曲线；红色虚线为采用QHA与广义梯度近似（Generalized Gradient Approximation，GGA）获得的石墨烯LTEC与温度之间的关系曲线；其余曲线为不同参考文献中石墨烯LTEC与温度之间的响应结果，包括绿色点划线^[16]、橙色实线^[17]、红色实心正三角形^[18]、绿色实心倒三角形^[19]以及蓝色实心菱形^[20]。

图1.6　 石墨烯LTEC与温度的关系^[15]

上述工作为研究石墨烯材料的温度特性、优化石墨烯传感器的温度敏感性与温度补偿技术，以及设计石墨烯谐振子的光热激励与检测方法提供了机理模型与方法指导。