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黑龍江石墨烯材料的制備及其性能

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黑龍江石墨烯材料的制備及其性能

發布日期:2018-03-09 作者: 點擊:

黑龍江石墨烯材料的制備及其性能

石墨烯材料可以被描述為是由單層碳原子緊密堆積而形成的二維蜂窩狀結構的碳質材料。石墨烯的結構如圖1所示,它具有理想的二維晶體結構,碳原子以六元環形式周期性排列于石墨烯平面內,可以被看作是一層被剝離的石墨片層,單層石墨烯材料的厚度僅為0.335 nm,相鄰2個碳原子之間距離為0.14 nm。石墨烯具有六角平面網狀結構,六角平面內3個sp2雜化軌道互成120°角排列,與相鄰碳原子形成共價鍵。由于石墨烯的這種結構,所以它可以通過卷曲或堆垛來構建其它維數的碳質材料。現在認為,10層以內由單層石墨片層組成的結構可以定義為石墨烯,而大于10層的結構,應該被稱為石墨薄膜。由此,石墨烯被分類為單層(monolayer)、雙層(bilayer)和多層(multilayer)石墨烯。近年來,研究者已經實現各種石墨烯結構的可控制備。

黑龍江石墨烯

從1985年富勒烯和1991年碳納米管的發現開始,碳基材料成為世界范圍內的研究熱點。石墨烯顯示屏已知的由碳元素構成的同素異形體包括三維的金剛石和石墨、一維的碳納米管以及零維的富勒烯,但其二維結構的同素異形體的研究卻一直處于理論探索階段。在石墨烯被發現以前,理論和實驗上都認為完美的二維結構無法在非絕對零度穩定存在。準二維晶體材料由于其本身的熱力學不穩定性,在室溫下會迅速分解或拆解,長程有序結構在無限的二維體系中無法維持。然而石墨烯卻能在實驗中被制備出來,而且還能穩定存在,這一現象被解釋為:由三維結構中剝離出來的二維石墨烯結構,由于表面的輕微皺褶而變得自發穩定起來,這種三維方向上的變形彎曲導致彈性能增加的同時抑制了熱振動,當高于某一的溫度時,可以使總自由能降到最低水平,從而實現了二維石墨烯晶體的穩定存在。


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