石墨烯簡介
v D"4aw r1vF/yt( 石墨烯不僅是已知
材料中最薄的一種,還非常牢固堅(jiān)硬;作為單質(zhì),它在室溫下傳遞
電子的速度比已知導(dǎo)體都快。
(6b*JQ^^ Fog4m=b`g 石墨烯是一種二維晶體,最大的特性是其中電子的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。這使得石墨烯中的電子,或更準(zhǔn)確地,應(yīng)稱為“載荷子”(electric charge carrier),的性質(zhì)和相對(duì)論性的中微子非常相似。人們常見的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的,石墨的層間作用力較弱,很容易互相剝離,形成薄薄的石墨片。當(dāng)把石墨片剝成單層之后,這種只有一個(gè)碳原子厚度的單層就是石墨烯。
ST'eJ5P7!5 5W%^g_I 石墨烯特性
'E_M,Y dXwfOC\\ 石墨烯是由碳原子按六邊形晶格整齊排布而成的碳單質(zhì),結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。其完美的晶格結(jié)構(gòu),常被誤認(rèn)為很僵硬,但事實(shí)并非如此。石墨烯各個(gè)碳原子間的連接非常柔韌,當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí),碳原子面就彎曲變形。這樣,碳原子就不需要重新排列來適應(yīng)外力,這也就保證了石墨烯結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,使得石墨烯比金剛石還堅(jiān)硬,同時(shí)可以像拉橡膠一樣進(jìn)行拉伸。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)還使石墨烯具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí),不會(huì)因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于其原子間作用力非常強(qiáng),在常溫下,即使周圍碳原子發(fā)生擠撞,石墨烯中的電子受到的干擾也非常小。
OPi><8x gXrXVv<)yw 石墨烯被證實(shí)是世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅(jiān)硬的物質(zhì)。美國哥倫比亞大學(xué)James Hone等人最近發(fā)現(xiàn),鉛筆石墨中一種叫做石墨烯的二維碳原子晶體,竟然比鉆石還堅(jiān)硬,強(qiáng)度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。這種物質(zhì)為“太空電梯”超韌纜線的制造打開了一扇“阿里巴巴”之門,讓科學(xué)家夢(mèng)寐以求的2.3萬英里長(約合37000千米)太空電梯可能成為現(xiàn)實(shí)。其厚度只有0.335納米,把2000片
薄膜疊加到一起,也只有一根頭發(fā)絲那么厚。單層石墨烯幾乎透明,其分子排列緊密,即使原子尺寸最小的氦也不能通過。美國機(jī)械工程師杰弗雷·基薩教授用一種形象的方法解釋了石墨烯的強(qiáng)度:如果將一張和食品保鮮膜一樣薄的石墨烯薄片覆蓋在一只杯子上,然后試圖用一支鉛筆戳穿它,那么需要一頭大象站在鉛筆上,才能戳穿只有保鮮膜厚度的石墨烯薄層。
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