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【你问我答】石墨烯大讲堂(一)
无论是在私人的朋友圈,还是材料类公众号平台,关于石墨烯的文章无处不在,还大有刷屏之势。不管是技术小白还是研发大咖,要是不知道石墨烯,是不是都不好意思和朋友、同事聊天呢!
什么,你还不知道石墨烯到底是啥??!!没关系,赶紧关注环球新碳,这里开设了石墨烯大讲堂,为大家从零开始讲述生而不凡的新材料之王----石墨烯。第一期开讲啦!

1、什么是碳?
碳是一种很常见的非金属元素,位于元素周期表的第二周期IVA族,以多种形式广泛存在于大气、地壳和生物之中。
2、什么是石墨?
石墨是元素碳的一种同素异形体,每个碳原子的周边连接着另外三个碳原子以共价键结合,构成共价分子。石墨是一种很软的矿物,常被用于制造铅笔芯和润滑剂。
3、什么是石墨烯?
将碳原子的层状结构无限剥离,得到原子级厚度的二维材料,该薄层材料命名为石墨烯。



4、以层数来划分,石墨烯可以分为几类?
单层石墨烯(1层),寡层石墨烯(2~5层),多层石墨烯(< 10层),石墨烯纳米片(十几到几十层)
5、单层石墨烯的厚度是多少?
单层石墨烯的厚度也就是单层碳原子层厚度,约为0.334nm,大约是头发丝的二十万分之一。
6、石墨烯和其他碳元素异形体的区别和联系?
石墨烯(二维)是构成其他碳元素异形体的基本单元,可折叠成富勒烯(零维)、卷曲成碳纳米管(一维),堆垛成石墨(三维)。因此,石墨烯可被看成是其它三种材料的母亲。



7、石墨和石墨烯在结构上有什么区别?
石墨由一层层呈蜂巢式的多个六边形排列的平面碳原子构成的,石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。
7.1、 什么是sp2杂化?
sp2杂化是指一个原子同一电子层内由一个ns轨道和两个np轨道发生杂化的过程。原子发生sp2杂化后,ns轨道和np轨道便会转化成为三个等价的原子轨道,称为“sp2杂化轨道”。



7.2、以sp2杂化轨道组成的碳的同素异形体有哪些?
石墨、石墨烯、富勒烯。
8、石墨和石墨烯最本质的区别是什么?
不同的结构导致电子运动性质发生极大的变化,石墨烯中电子是没有质量的,而且是以恒定的速率移动,这和光子的行为极为相似。电子性质发生了改变,因此其它许多性质也不同。
9、石墨烯是何时被发现的?
2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功从石墨中分离出石墨烯,证实它可以单独存在,打破了“单层石墨烯不可稳定存在”的理论。
9.1、理论上来说,为什么理论上单层石墨烯不可稳定存在?
科学家认为将石墨烯从石墨上剥离下来的力足以破坏石墨烯的结构,而且固体的熔点随着粒子粒度的减小大大降低,当减小到几个原子层厚度时,固体将熔化。另外,二维晶体中内能的存在使原子的振动幅度很大,因此原子的错位相当严重,这将导致原子与未与它成键的原子间的距离和与它成键的原子间的距离几乎相同,因此不能保持单层结构。
10、石墨烯最早是如何被制备的?
以高定向热解石墨(HOPG)为原材料,安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫用透明胶带从HOPG上揭下一层石墨,然后在胶带之间反复粘贴使石墨片层越来越薄,直到胶带上的石墨层薄到只有一个碳原子的厚度时,便制备出了石墨烯。



11、铅笔在纸上轻轻划过留下的痕迹是否可能含有单原子层石墨烯?
铅笔芯的原料为石墨,在纸上划过时,会发生碳层的剥离,有可能产生单层石墨烯。
12、石墨烯片层是平坦的吗?
石墨烯呈二维结构,但实际上并不是平坦的,而是波状的。在一个两层体系中,这种起伏不是很明显,在多层体系中会完全消失。波状的石墨烯片层或许能够解释石墨烯为什么能够稳定存在。
通过第一期的石墨烯大讲堂,小伙伴们是否已经get到了石墨烯的基本知识呢?如果你有任何关于石墨烯的问题,都可以给我们留言哦,小编将在接下来的大讲堂里帮大家解疑答惑。
什么,这期没看够??!!别着急,石墨烯大讲堂未完待续,下期更精彩。敬请关注,不要错过哦。
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