发布时间:2023-04-02 点此:25次
石墨烯是一种以碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。具备低温远红外功能,集抗菌抑菌、抗紫外线。
石墨烯独特的二维结构使其对周围的环境非常敏感,是电化学生物传感器的理想材料。
由于石墨烯结构的高度稳定性,石墨烯制作的晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作。石墨烯具有质量轻、高化学稳定性和高比表面积等优点,使之成为储氢材料的最佳候选者。
石墨烯
石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp2杂化轨道成键,并有如下的特点:碳原子有4个价电子,其中3个电子生成sp2键,即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子,近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键,新形成的π键呈半填满状态。
研究证实,石墨烯中碳原子的配位数为3,每两个相邻碳原子间的键长为1.42×10-10米,键与键之间的夹角为120°。
除了σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外,每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键,因而具有优良的导电和光学性能。
石墨烯是由碳原子以六角形蜂巢晶格排列形成,只有一个碳原子厚度的二维材料。
石墨烯是从石墨中提取出来的材料,最初是从中分离出来的,它是一种极其导电的元素碳形式,由单个平坦的碳原子片排列成重复的六角形晶格构成。
石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;导热系数高达5300W/(m·K),高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000cm2/(V·s),又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-6Ω·cm,为世上电阻率最小的材料。
因为它的电阻率极低,电子跑的速度极快,因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体,也适合用来制造透明触控屏幕、光板,甚至是太阳能电池。
石墨烯的特征
它比钢重200倍,高度透明,柔韧,具有令人难以置信的天然屏障以及室温下导电率最高的物质。另外,在一个原子厚度处,它被分类为仅具有两个维度的2D材料。
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料。
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。
石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性。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,用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法,薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)。 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。 石墨烯的研究与应用开发持续升温,石墨和石墨烯有关的材料广泛应用在电池电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面。
鉴于石墨烯材料优异的性能及其潜在的应用价值,在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。研究者们致力于在不同领域尝试不同方法以求制备高质量、大面积石墨烯材料。并通过对石墨烯制备工艺的不断优化和改进,降低石墨烯制备成本使其优异的材料性能得到更广泛的应用,并逐步走向产业化。
石墨烯面料是由石墨烯纤维混纺而成的一种高科技面料,即在纺织纤维里面加入了一定比例的石墨烯纤维。石墨烯面料是服装领域的新型多功能面料,可用于西装、裤子等高级服装的生产。
石墨烯面料的特点是抗菌抑菌、抗紫外线、防静电、弹性好。
石墨烯其本质是一种单原子碳,在自然界里本身就存在,所以石墨烯并不是所谓的只有实验室才有。一般我们用过的铅笔在纸上划过,就会留下一层或者好几层石墨烯。石墨烯结构稳定,使得石墨烯可以做成非常薄的材料,同时韧性也非常的强,是同级别钢材的200倍,拉伸幅度可以达到自身尺寸的20%。 石墨烯布料的优点 石墨烯的电阻率很小,因此有着极强的导电能力,这也是石墨烯抗静电的主要原因,除了抗静电以外,石墨烯还有电磁屏蔽功能,这些功能也使得石墨烯布料成为生产采矿职业服的首选织物。
石墨烯布料有着极强的拉伸度和强力,织物也有着特别不错的弹性。 石墨烯布料的缺点 由于产量少、石墨烯材料本身成本高,生产的石墨烯坯料价格也非常高。其次石墨烯材料的使用范围也有限,平时穿的t恤和裤子都不使用,所以知道石墨烯的人很少。
石墨烯是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料,它本身是没有危害的,但是经过后天的加工,可能存在对人体有一定的危害性。
布朗大学的生物学者,工程师和材料科学家团队检测了石墨烯这种材料对于人体细胞的潜在毒性。
他们发现石墨烯纳米粒子的锯齿边缘非常锋利和强劲,能够轻易穿刺入人类皮肤以及免疫细胞的细胞膜,可见石墨烯确实对人类和其他动物都存在潜在的严重危害。
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。
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