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石墨是黑的,而石墨烯卻是透明的,為什么?

作者:重慶墨希科技有限公司    瀏覽次數:    發布日期:2019-06-04

石墨和石墨烯,僅有一字之差,在形態和性能上卻大不一樣。

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石墨

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石墨烯原子結構

石墨與石墨烯的關系

實際上石墨烯本來就存在于自然界,只是難以剝離出單層結構。石墨烯一層層疊起來就是石墨,厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過,留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

2004年,英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈?蓋姆(Andre Geim)和康斯坦丁?諾沃消洛夫(Konstantin Novoselov)發現他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片,然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上,撕開膠帶,就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作,于是薄片越來越薄,最后,他們得到了僅由一層碳原子構成的薄片,這就是石墨烯。2009 年,安德烈?蓋姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫在單層和雙層石墨烯體系中分別發現了整數量子霍爾效應及常溫條件下的量子霍爾效應,他們也因此獲得 2010 年度諾貝爾物理學獎。

石墨是透明的嗎?

對于石墨烯,科學界冠以的概念為:由碳原子以 sp2 雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的單層二維材料。它之所以透明,是因為它的厚度,是以原子為單位計量的。單層的石墨烯僅有1個碳原子的厚度,即0.34納米,相當于人類一根頭發直徑的20萬分之一。

這么薄一點,肉眼能看見才怪了!

石墨和石墨烯的不同之處

首先,石墨和石墨烯都是碳原子組成的物質。石墨的微觀結構就是一層一層的石墨分子像書頁一樣堆疊而成,是三維的物質。石墨烯則是碳原子呈單層排列的二維物質。國際標準化組織(ISO)認定:當層數少于或等于十層時,可以稱之為石墨烯,否則,就應該叫做石墨。

而單層的石墨分子就是石墨烯了,因為單層石墨分子厚度不到一個納米,可看做二維物質。所以,石墨烯和石墨最大的區別,在于維度的不同。石墨烯是構成其他碳同素異形體的基本單元,它可折疊成富勒烯(零維),卷曲成碳納米管(一維),堆垛成石墨(三維)。

第二,同為碳元素組成的物質,石墨烯之所以表現出許多石墨不具有的性質,是因為石墨中的單層石墨分子上下表面都與碳原子組成連接成鍵,而石墨烯上下表面都暴露在空氣中,所以其電子傳輸特性以及力學性質等會受到很大影響。石墨烯被證實是世界上已經發現的最薄、最堅硬的物質。石墨烯的另一特性是,其導電電子不僅能在晶格中無障礙地移動,而且速度極快,遠遠超過了電子在金屬導體或半導體中的移動速度。還有,其導熱性超過現有一切已知物質。


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