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解密“石墨材料”石墨烯

发布日期:2020-11-30 编辑: 点击:

石墨烯和石墨之间有一种特殊的关系。石墨是一种大家可能熟悉的材料,例如铅笔芯和干电池内的电极。它的主要成分是石墨。从微观结构来看,石墨是一种层状材料,由多层碳原子组成。对于每一层,它中的碳原子都是由非常稳定的强共价键结合的。各层之间通过相对较弱的力相互结合,这使得层与层之间更容易分离。因此,厚石墨很容易分解成薄石墨片。因此,石墨的结构可以生动地比作一本书,每一页纸都类似于一层碳原子。大家要讲的石墨烯是石墨“书”中的一页“纸”。

                                                                          

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那么,这篇“论文”之所以能获得诺贝尔奖,有什么奇怪之处呢?关键在于石墨烯的特殊结构。首先,石墨烯只有一个原子层厚度,这是人类制备出真正的二维材料,这颠覆了自然界不可能找到稳定的二维晶体材料的传统结论。第二,石墨烯中的碳原子呈规则的六边形蜂窝状排列。这种排列导致石墨烯具有非常特殊的电子能带结构,这使得它包含了丰富而新颖的物理现象和性质。在凝聚态领域,材料的电子性质可以用薛定谔方程来描述。然而,石墨烯是个例外。石墨烯中的电子输运遵循Dirac方程,其中载流子是无质量的,是一个相对论性粒子,其有效速度接近光速。这种材料的发现无疑开辟了凝聚态物理的一个新领域。。

从材料科学的角度来看,石墨烯具有许多特殊而优异的性能,因此具有广泛的应用前景。这里有一些例子

(1) 石墨烯具有超高的载流子迁移率和热导率。石墨烯的迁移率是传统硅基材料的几十倍甚至几百倍。载流子迁移率是微电子器件的一个非常重要的参数。如果迁移率太低,将导致严重的发热和低响应频率。因此,石墨烯以其高迁移率和良好的导热性被认为是一种理想的电子器件材料。

(2) 在航空航天领域,石墨烯可作为某些部件表面的保护层,以减少宇宙射线激发的二次电子。

(3) 石墨烯具有优异的热稳定性和化学稳定性。石墨烯的熔点高达3652℃。耐强酸、强碱,稳定性好。

(4) 石墨烯是目前世界上最强的材料。据估计,如果用石墨烯制作一层厚度相当于普通食品塑料袋厚度(约100nm厚)的薄膜,则能承受约两吨重货物的压力而不致破裂。一些科学家指出,具有这种强度的材料可能成为未来“太空电梯”的首选材料。

(5) 具有纳米级孔的石墨烯可用于海水淡化。在生物学研究中,DNA测序可以通过让长DNA链一次穿过石墨烯纳米孔来完成。

大家在日常生活中能接触到这种材料吗?

从以上描述可知,石墨烯可以通过细化石墨来获得。石墨是自然界中分布广泛的一种物质,在日常生活中可以与之接触。比较常见的例子就是铅笔。当你用铅笔写字时,你会在纸上留下一丝石墨的痕迹,实际上你在制造石墨烯。


本文网址:/news/726.html

关键词:石墨板,石墨棒,石墨坩埚

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