石墨烯的由来,简单又复杂的发现过程

小编最近发现没有更新关于石墨烯的相关,今天就来补一篇。

石墨烯电地暖顾名思义和石墨烯是有关联的,那么石墨烯到底是怎么出现的,又有什么作用呢?

我们都知道有石墨烯这个名词,那么石墨烯是怎么来的呢?

石墨烯的由来,简单又复杂的发现过程

石墨

实际上石墨烯本来就存在于自然界,只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过,留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。

石墨烯的由来,简单又复杂的发现过程

(左)安德烈·盖姆(右)康斯坦丁·诺沃肖洛夫

2004年,英国曼彻斯特大学的两位俄籍教授安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫意外发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。

石墨烯的由来,简单又复杂的发现过程

不断变薄的石墨

他们从高定向热解石墨中剥离出石墨片,然后将石墨片两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。不的断地这样操作,于是薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。

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石墨烯结构模型

石墨烯有什么特点呢?

石墨烯是一种二维晶体,由碳原子按照六边形进行排布,它是迄今为止世界上已知材料中最轻、最薄、最硬的韧性材料,最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300,远远超过了电子在一般导体中的运动速度。

这使得石墨烯中的电子“载荷子”的性质和相对论性的中微子非常相似,石墨烯最大的特性是具有高强度、高稳定、高导电、高导热、高比表面积等特点,其硬度是钢铁的100倍。人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的,石墨的层间作用力较弱,很容易互相剥离,形成薄薄的石墨片。

石墨烯的由来,简单又复杂的发现过程

石墨烯的硬度是钢的200倍

石墨烯是已知强度最高的材料之一,同时还具有很好的韧性,且可以弯曲,石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa,固有的拉伸强度为130GPa。而利用氢等离子改性的还原石墨烯也具有非常好的强度,平均模量可大0.25TPa。由石墨烯薄片组成的石墨纸拥有很多的孔,因而石墨纸显得很脆,然而,经氧化得到功能化石墨烯,再由功能化石墨烯做成石墨纸则会异常坚固强韧。

石墨烯的由来,简单又复杂的发现过程

石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK,是为止导热系数最高的碳材料,高于单壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米管(3000W/mK)。当它作为载体时,导热系数也可达600W/mK。 此外,石墨烯的弹道热导率可以使单位圆周和长度的碳纳米管的弹道热导率的下限下移。

当把石墨片剥成单层之后,这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。可以广泛应用于国防军工、航空航天、陆海空交通装备、储能及新能源、生物学、复合材料等领域应用空间十分广阔。

参考资料:百度百科《石墨烯》


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