石墨烯是什么？What is Graphene?

各位 同学 大家 好 我 是 李永乐 老师

最近 有个 小朋友 给我发 来 私信 说

他 听说 一种 概念 叫做 石墨 烯

这个 石墨 烯 特别 神奇

他 问 我 石墨 烯 为什么 会 有 这么 神奇 的 性质

它 到底 是 什么 呢

今天 就 来 给 大家 介绍 一下

我们 首先 要 了解 一个 概念

名字 叫做 同素异形 体

什么 叫 同素异形 体 呢

我们 知道 自然界 的 物质 都 是 由 不同 的 元素 构成 的

那么 有 一些 物质

它们 是 有 相同 的 元素 构成 的

但是 它们 表现 就 很 不 一样

原因 是因为 分子结构 的 不同

比如说 呢 我们 平常 呼吸 需要 用 氧气

氧气 是 由 两个 原子 构成 的 两个 氧原子

那么 还有 一种 叫做 臭氧

这个 臭氧 其实 也 是 由 氧原子 构成 的

只不过 它 是 3 个 氧原子

那 它们 两个 之间 就是 同素异形 体

而且 它们 的 化学性质 很 不 一样 的

比如说 氧气 是 我们 所 需要 的

但是 臭氧 浓 一旦 高 了 人 就 会 中毒

再 比如说 呢

有 两种 磷 一种 叫 红磷 一种 叫 白磷

其实 红磷 和 白磷 都 是 磷 元素 构成 的 都 是 单质

但是 呢 红磷 和 白磷 的 化学性质 是 不 一样 的

比如说 白磷 有 剧毒

但是 红磷 却 没有 毒

这个 也 是 同素异形 体

那 我们 现在 来 研究 一下

自然界 的 第 6 号 元素 碳 它 有 哪些 同素异形 体

比如说 比较 典型 的 金刚石

也 就是 我们 平常 所说 的 钻石

这个 钻石 它 其实 就是 由 碳 构成 的

科学家 们 最 开始 研究 钻石 的 时候 拿 放大镜 去 看

结果 钻石 突然 之间 消失 了

科学家 们 怀疑 实际上 是 碳 变成 二氧化碳

烧 没 了 是 吧

这个 金刚石 它 的 结构 是 什么 样子 的 呢

我 做 了 这样 一个 模型 大家 看 一下

就是 每 1 个 碳原子 周围 有 4 个 碳原子

而且 中间 这个 碳原子 和 周围 这 4 个 碳原子

构成 了 一个 正四面体 的 结构

它们 之间 靠 这个 很强 的 共价键 结合

所以 金刚石 它 硬度 非常 大

结构 非常 坚固

这是 第一种 碳 的 同位素 叫 金刚石

那 还有 什么 呢 第二个 叫做 富勒烯

这个 富勒烯 发现 的 时间 不 长

有 的 时候 又 管 它 叫 足球 碳 或者 叫 C60

为什么 叫 C60 呢

这 是因为 这个 它 的 形状 是 一个 球形

咱们 看 一下

它 就 像 一个 足球 的 表面 一样

一共 有 60 个 碳原子

那么 有 的 碳原子 会 形成 五边形

而 有 的 碳原子 会 形成 六边形

那么 因为 这个 结构 非常 像

建筑学家 富勒 他造 的 建筑

所以 科学家 们 就 把 它 命名 为 富勒烯

这个 富勒烯 是 在 1985 年 的 时候

被 英国 和 美国 的 科学家 发现 的

到 了 1996 年 的 时候 就 获得 了 诺贝尔奖

这 也 是 一个 很 重要 的 材料

那么 除了 富勒烯 以外

还有 什么样 的 它 的 同素异形 体 呢

还有 一种 比如说 叫 碳纳米管

碳纳米管 是 什么 意思 呢

就是 科学家 们 通过 设计 研究 出来 这样 一种 结构

大家 看 这种 结构 每 一个 黑点 都 表示 一个 碳原子

两个 这个 白线 表示 碳原子 之间 的 这个 化学键

那么 它 形成 了 一个 管 的 结构

在 某 一个 尺度 上 非常 小

我们 看 在 这个 方向 它 其实 非常 小 的 纳米 量级

但是 这个 方向 却 非常 非常 长 可以 达到 微米 量级

所以 这种 结构 我们 称之为 碳纳米管

这种 东西 有 很 好 的 导热性 能

这个 是 91 年 的 时候 由 日本 科学家 发现

除了 这个 以外

还有 一个 就是 我们 今天 所说 的 石墨 烯

我们 先 来说 石墨

石墨 是 什么

石墨 其实 是 一种 矿物质

比如说 我们 在 这个 写字 的 时候 用 的 那个 铅笔

铅笔 那个 芯 对 吧 那 就是 石墨

它 比较 柔软 比较 这个 光滑

可以 用来 做 润滑剂 这是 石墨

然后 还 可以 导电 可以 用来 做 电极

那 石墨 的 结构 什么样 呢

大概 是 这个 样子 咱们 来看 一下

石墨 的 结构 呢 是 分层 的

每 一层 会 有 一个 正 六边形 这样 的 一个 结构

每 一个 黑色 的 都 是 一个 碳原子

而 我们 看到 的 石墨 其实 是 很多很多 层

一层 一层 堆积起来 的

那么 在 同 一层 内

两个 原子 之间 是 靠 化学键 作用 连接 在 一起

所以 比较 竖固

但是 层 之间 其实 是 没有 化学键 的

它 是 靠 分子 的 范德华 力 作用 联合 在 一起 的

所以 它们 两层 之间 的 其实 是 可以 相互 滑动 的

我 这里 把 它 连 起来 了 但 实际上 它 不 应该 连 起来

而 应该 是 可以 相对 滑动 的

应该 把 它 拆开 拆开 了 之后 它 就 可以 相对 滑动

石墨 就 具有 润滑性 了

好 了 那 这 就是 石墨

那 我们 所说 的 石墨烯 到底 是 什么 呢

其实 很 简单

如果 我们 把 石墨 中 一层 拿 出来 就 构成 了 石墨烯

也就是说 石墨烯 其实 就是 单层 石墨

就是 我 单独 拿 出来 一层 这个 就 叫 石墨烯

只要 你 能够 把 石墨 切出 一片 来

这 一片 只有 一层 原子

好 了 你 就 拿出 了 石墨烯 了

这 就是 石墨烯 的 含义 是 吧

为什么 叫 烯 呢

是因为 它 有 碳 碳 双键 一会儿 我们 介绍 这个 问题

那 现在 我们 知道 石墨烯 其实 就是 把 石墨 拿出 一层 来

它 为什么 就 这么 神奇 呢

我们 来 介绍 一下 石墨烯 的 特点

石墨烯 这种 材料 其实 发现 的 时间 并 不长

在 之前 人们 一直 预言 这种 东西 它 是 不 存在 的

那么 它 是 怎么 发现 的 呢

发现 历程

首先 在 2004 年 的 时候

这个 英国曼彻斯特大学 有 两位 科学家

一个 人 名字 叫 安德烈 · 海姆

还有 一个 人 呢 名字 叫诺沃 肖 洛夫

这 两个 科学家 他们 研究 如何 获得 单层 的 石墨

结果 他们 就 使用 的 一种 方法 什么 方法 呢

就是 “ 撕 胶带 ”

什么 叫 撕 胶带 大家 明白 吗

这个 我们 平时 写 作业 的 时候 写错 了

然后 我们 会 用 一个 胶带 粘到 这个 作业本 上

然后 把 这个 胶带 撕下来

这样一来 会 怎么样

就 会 把 那个 我们 写 的 笔记 就 粘 下来 了

我们 就 可以 再 接着 往上 写 了 对 不 对

那么 他们 这种 做法 其实 差不太多

他们 做法 就是 在 一个 胶带 上面

有个 胶带 然后 粘 一块 石墨

结果 一 粘 不 就 有 一些 石墨 痕迹 就 留在 这个 胶带 上 了 吗

然后 干什么 呢 把 这个 胶带 折 一下

用 这 一面 再 去 粘 一次

那 再 粘 一次

这 石墨 是不是 有 一些 就 跑 到 这个 上面 去 了

然后 你 再 去 粘 一次 折叠 粘贴 折叠 粘贴 …

把 胶带 不停 的 撕

撕 了 好多好多 层 终于 怎么着

终于 就 发现 了 单层 的 石墨

发现 了 单层 的 石墨

他 发现 了 单层 的 石墨 之后 呢 就是 石墨烯

这个 世界 就 震惊 了

因为 人们 认为 这个 东西 以前 应该 是 不 存在

它 是 个 二维 结构

而 我们 生活 在 的 是 三维空间 对 吧

不 应该 存在 结果 人家 做 出来 了 对 不 对

那 你 不得不 承认 人家 是 正确 的

后来 发现 了 之后 呢 在 2010 年 的 时候

2010 年 的 时候 他们 两个 人 就 一起 获得 了 诺贝尔奖

就是 一个 撕 胶带 的 诺贝尔奖

我们 撕 胶带 只是 为了 拆 快递

人家 科学家 撕 胶带 是 为了 得 诺贝尔奖

那么 这种 结构 它 有 什么样 的 特点

为什么 造 出 一个 材料 就 可以 得 诺贝尔奖 呢

这 是因为 首先 它 是 一个二维 材料

二维 材料 意思 是 说

它 实际上 是 一个 平面 的 结构

那么 这个 平面 的 厚度 非常 非常 的 薄

有 多 薄 呢 大概 是 0.355 纳米

纳米 是 10^-9 米

所以 它 实际上 就是 一个 单 原子 层

这 一层 实际上 是 一大堆 六边形 对 吧

我们 平常 所用 的 这个 石墨

其实 都 是 这些 石墨烯 叠 了 很多很多 层 有 多少 层 呢

比如 我们 如果 有 1 毫米 厚 的 石墨

1 毫米 厚 它 其实 对应 了 150 万层 的 石墨烯

所以 我们 想 分离 出 单层 的 其实 是 很 困难 的 是 吧

传统 科学 理论 认为 二维 材料 不 应该 存在

是因为 热 的 涨落 会 造成 破坏 这个 结构

但 事实上 因为 石墨烯 它 两个 原子 之间 的 作用力 非常 强

所以 它 不但 可以 存在 而且 还 非常 稳定 具有 很多 的 优点

那 我们 来看 一看 这个 优点 是 什么

石墨烯 的 优点 有 哪些

第一个 优点 就是 它 的 机械 强度 大

机械 强度 大 不 容易 破坏 掉

有 多 大 呢 比 这个 钢铁 还要 强 200 倍 是 吧

所以 如果 以后 我们 用 石墨烯 这种 材料

做 小汽车 做 飞机 的话

那 小汽车 和 飞机 的 重量 就 可以 轻 很多 了 对 不 对

这个 是 机械 强度 大

第二个 就是 拉伸 性能 好

我们 知道 平常 我们 用 的 材料 拉伸 性能 好 的 就是 金属

拉伸 性好 的 就是 金属 对 吧

但是 它 的 拉伸 性比 金属 还要 好

它 可以 拉伸 到 自身 长度 的 20%

就是 它 沿着 这个 长 的 方向 可以 拉伸

那 为什么 呢 就是 因为 吧

石墨烯 不是 单层 结构 我 这么 一 拉伸 的话

它 六边形 会 形变 对 吧

不过 没有 关系 它 不会 破

这 就是 它 的 拉伸 性 拉伸 性 特别 好

可以 拉伸 20%

第三个 就是 它 的 导电性 能 好

它 的 导电性 比 我们 目前 所知 的 最好 的 金属银 还要 好

但是 好 的 程度 不是 很大

但是 它 作为 一种 非金属材料

能够 有 这么 好 的 导电性 那 已经 是 非常 不 容易 了

那 第四个 就是 导热性 能 好

它 可以 非常 快 的 导热

它 的 导热性 有 多 好 呢

自然界 里面 金属 里 最好 的 导热性 能 还是 银

银 的 导热性 是 最好 的

但是 金刚石 的 导热性 比银 还要 好 2 到 5 倍

金刚石 为什么 导热性 好 咱们 一会儿 再说

石墨烯 的 导热性 比银 还要 强 10 倍

所以 说 它 应该 是 我们 已知 的

导热性 能 最好 的 一个 材料 了

以后 我们 要 再 用 导热 的话

我们 不 需要 用 金属 用 石墨烯

用 石墨烯 的话 它 导热 导得 非常 快

那 导热 导得 非常 快 我 散热 就 散 得 就 非常 快 对 不 对

所以 比如说 以后 我们 手机 或者 是 计算机 要 散热

你 用 这种 材料 做 就 很 好

所以 总而言之 那 它 会 有 很多 的 优点

再 比如 它 还 可以 透光

它 还 可以 弯曲 等等 吧

一系列 的 优点

那么 利用 这些 优点

我们 就 可以 用 它 来 做 一些 特殊 的 器材 是 吧

我们 来 看看 哪些 器材

第一个

你 机械 强度 大 而且 可以 拉伸 你 可以 做 什么

那 很 显然 你 可以 做 防弹衣 对 不 对

你 可以 做 防弹衣

那 这个 防弹衣 它 的 这个 重量

就要 比 那个 现在 传统 的 防弹衣 要轻 很多 了 对 吧

你 用来 做防 刺服 它 机械 强度 非常 好

所以 说 呢 你 用 刀 刺 什么 都 刺 不破

那有 一些 这个 我 看 国外 的 一些 科普 视频 里面

画 了 这样 一幅 漫画

说 有 一个 单层 石墨烯

然后 用 一根 铅笔 立 上去

上面 站头 大象 那 石墨烯 都 不会 破

当然 这 可能 有点 夸张

但是 不得不 承认 石墨烯 的 拉伸 性能 是 非常 非常 好 的

而且 还 非常 坚韧

第二个

它 还 可以 用来 做 什么 可以 折叠 的 电子设备

现在 电子设备 基本上 不能 折叠

比如 手机 你 不能 把 它 给 弯 了 对 吧

你 弯 了 的话 它 就 坏掉 了

电脑 也 是 这样 但是 石墨烯 是 可以 弯 的

对 吧 它 平面 结构 你 随便 弯

所以 人们 就 想

我们 能 不能 用 石墨烯 来 做 这个 手机 屏

然后 这 手机 就是 完全 透明 的

而且 它 还 可以 弯折

我 戴 在 我 这个 手环 上 就行了 对 不 对

再 比如说 以后 我们 在 看 报纸

我 这 报纸 能 不能 用 石墨烯 来 做 是 吧

以后 我们 这 报纸 给 你 发 过去 就是 一层 石墨烯

你 看 上面 就 有 字 就 可以 显示 一些 内容

然后 你 还 可以 随便 弯起来 揣 在 兜里 都 可以 是 吧

折叠 的 这个 电子设备

第三个 它 还 可以 用来 做 什么 呢

可以 用来 做 这个 电池 的 添加剂

现在 我们 所用 的 这个 可 充电电池 一般 是 锂电池

是 用 这个 磷酸锂铁 来 做 的 电池 的 这样 的 一个 材料

那么 磷酸锂铁 它 有 它 的 好处

但是 它 有 它 的 缺点

它 的 缺点 就是 磷酸 锂 铁 这 东西 它 电阻率 比较 大

所以 一旦 你 充电 的 时候 电流 大

它 就 会 有 很大 的 发热量

因此 你 充电 时 电流 不能 太 大

有 的 时候 我们 充 手机电池 要充 很 久

充 好几个 小时

但是 如果 我们 把 石墨烯 加进去

因为 石墨烯 这种 材料 电阻 非常 非常 小

所以 我们 就 有 很 好 的 导电性

那 你 这个 电池 导电性 能 一旦 好 了

你 就 可以 用 更 大 的 电流 去 充电 了

这样一来 可能 几分钟 就 充满 了 对 不 对

华为 其实 就是 在 去年 的 时候 宣布

说 我们 现在 已经 开始 研发 石墨烯 电池 了

但是 这个 石墨烯 电池

真正 的 投入 商用 可能 还 需要 一段时间

总而言之 它 是 一个 未来 的 发展 方向

再 比如说 我们 可以 用来 做 计算机芯片

现在 计算机 CPU 它 面临 的 一个 问题

就是 散热 的 问题

因为 我们 把 这个 计算机 的 这个 功率 搞 得 太大

电路 太 密集 最后 这个 热量 散不掉

那 你 这个 芯片 就 会 烧毁 对 不 对

你 用 传统 的 半导体 材料

硅 这个 事儿 就是 没有 办法 再 解决 了

因为 它 电阻率 就是 比较 大

现在 我们 如果 使用 石墨烯 做 MOS 管

用 石墨烯 来 做 芯片 的话 导热性 能 非常 好

散热 性 就 很 好 而且 电阻 又 比较 小 对 吧

所以 你 就 可以 提高 计算速度

可能 会上 百倍 的 提高 我们 计算机 运行 速度

当然 这 可能 还是 我们 一个 比较 远 的 设想

目前为止 我们 在 制作 石墨烯 这 一块

其实 还是 有 很大 的 困难

所以 做 芯片 可能 还 需要 几十年 的 时间

石墨烯 还有 什么 作用 呢

它 还 可以 净水

因为 石墨烯 它 是 一个 平面 结构

所以 它 具有 很大 的 面积 体积 比

就是说 它 的 表面积 非常 非常 大 对 吧

它 体积 又 很小

所以 这样一来 它 就 有 很大 的 吸附 能力

那么 有 一些 杂质 就 可以 吸附 到 这个 石墨烯 表面

同时 我们 还 可以 改变 这个 石墨烯 的 一些 结构

使得 只有 水分子 能够 经过 石墨烯

其它 的 什么 那个 氯化钠 这些 物质 都 不能 经过

这样一来 我 就 可以 用 它 来 净化 海水 对 吧

我 把 海水 装 到 石墨烯 的 一侧

加 一个 压强 让 海水 的 这个 水分子 透过

其它 分子 都 过不去 我们 就 把 海水 淡化 了 对 吧

因为 我们 要 知道 世界 上 有 很多 人

其实 是 面临 缺水 这个 问题 的

那 还有 一个 问题 就是

我们 可以 用 它 来 做 一些 生物 医疗 方面 的 一些 工作

生物 医疗

哪些 生物 医疗

比如说 石墨烯 具有 很 好 的 生物 导电性

我们 身体 的 那个 各种 信号 是 通过 电 来 进行 传导 的

那么 假如 一个 人 他 具有 一些 残疾

比如说 他 眼睛 瞎 了 是 吧

那 我们 现在 要安 一个 假 的 眼睛

我们 怎么 把 这个 假 的 眼睛 感受 到 的 电信号

传给 这个 人 呢

科学家 们 认为 用 石墨烯 做 导电 材料 是 非常 合适 的

那 再 比如说

这个 石墨烯 这 碳原子 之间 是 有 洞 的 对 吧

所以 如果 生物 的 DNA 分子 通过 了 这个 石墨烯 的 时候

那么 DNA 上面 有 4 种 碱基

不同 的 碱基 经过 的 时候

对 这个 石墨烯 的 影响 是 不 一样 的

所以 这样一来 我 通过 电流 的 变化

可以 探知 到 你 这个 DNA

所以 可以 做 DNA 检测

科学家 们 还 发现 这个 石墨烯 对于 某些 细菌 来讲

细菌 是 难以 生存 的 所以 可用 来 抗菌

总而言之 在 生物医学 上 可能 也 会 有 很多 的 作用

那么 这些 问题 呢 都 是 一些 现象

我们 想 问 说 石墨烯 为什么 具有 这些 特点

这个 是 我们 化学 中要 研究 的 最 重要 的 一个 问题

就是 为什么

它 为什么 具有 这样 的 特点

这个 是 由于 它 的 结构 决定 的

结构 组成 决定 的

石墨烯 之所以 有 以上 的 那些 优势

完全 是 由于 它 的 结构 所 决定 的

为了 解释 这件 事儿 我们 要 给 大家 介绍 一个 概念

就是 电子 的 轨道

我们 知道 碳 是 6 号 元素

这个 中间 有 原子核

外边 有 6 个 电子 这 6 个 电子 是 分层 排布 的

其中 最 内层 有 2 个 电子 它 是 稳定 的

那么 外面 还有 4 个 电子

这 4 个 电子 它 是 存在 一定 的 轨道 了

说 这 4 个 电子 是 怎么样 去 运动 的 呢

人们 经过 研究 发现

电子 这个 东西 因为 它 有 波粒二象性

所以 它 不 一定 在 什么 位置

我们 如果 持续 的 观测 就 会 发现

电子 存在 各个 地方 的 概率 不 一样

我们 把 这 概率 画 出来 就 叫 电子云

那么 科学家 们 经过 研究 发现

就 说 第二层 的 电子 轨道

它 其实 是 有 两种 不同 的 电子 分布 情况

第一种 就是 一个 球体 的 分布

电子 可能 在 这个 球中 的 某 一个 位置

这种 轨道 的 我们 就 称之为 S 轨道

那么 第二种 轨道 是 说 它 有 一个 纺锤体 的 结构

它 有 可能 会 在 这个 纺锤体 中 的 任何 一个 部位

这种 就 叫 P 轨道

但是 这个 纺锤体 是 有 方向性 的

它 可以 是 左右 的 它 也 可以 是 前后 的

它 还 可以 是 上下 的

所以 它 是 有 3 个 P 轨道 分别 称为 Px Py 和 Pz

好 这样一来

第二层 的 这个 轨道 一共 就 有 4 个 轨道

S 轨道 Px Py Pz 一共 是 4 个 轨道

这 4 个 轨道 里面

每 一个 轨道 可以 容纳 最 多 两个 电子 自旋 相反 的

这是 根据 泡利 不相容 原理

同一个 轨道 不能 有 自旋 也 相同 的 电子

所以 说 一共 最 多 可以 容纳 8 个 电子

但是 碳 是 6 号 元素 所以 它 外层 只有 四个 电子

那么 问题 来 了

这 4 个 电子 究竟 是 取 哪个 轨道 呢 对 吧

它 一共 有 8 种 情况

一共 是 4 个 轨道 8 种 情况 吗

它 到底 是 取 哪个 轨道 呢

比如说 我们 来说 一下 金刚石

说 这个 金刚石 你 看

它 每 1 个 碳原子 周围 都 有 4 个 碳原子

你 取 哪种 轨道 都 不 可能 形成 这种 完全 对称 的 结构

这个 时候 我们 怎么 去 解释 它

于是 科学家 们 提出 一种 设想

说 这个 像 金刚石 这种 情况

它 实际上 是 S 轨道 和 3 个 P 轨道 发生 了 杂化

这 4 个 轨道 合 到 一块 又 均分 了

变成 了 4 个 完全相同 的 轨道

这种 我们 称之为 SP3 杂化

我 再说 一遍 SP3 杂化 的 意思 就是

一个 S 轨道 和 3 个 P 轨道 它们 混合 到 一块

然后 一起 构成 了 4 个 完全相同 的 轨道

而 这 4 个 完全相同 的 轨道 是 什么 样子 的

其实 就 形成 了 一个 什么

形成 了 一个 正四面体 的 情况

那么 我 在 旁边 每 一个 地方 我 再 接 一个 碳原子

其实 这个 碳原子 也 是 形成 了 这种 杂化 轨道 的

这 两个 杂化 轨道 合 到 一块 我们 称之为 什么 呢

称之为 头 碰头

你 的 杂化 轨道 跟 我 的 杂化 轨道 碰到 一块 了

我们 称之为 头 碰头

头 碰头 如果 我们 说 的 这个 更加 专业 一点儿

它 应该 叫 σ 键

碳碳 之间 的 σ 键 其实 是 非常 强 的

所以 说 就 可以 把 金刚石 牢固 的 结合 在 一块

金刚石 的 强度 就 非常 非常 大

因为 金刚石 非常 坚硬

所以 一旦 一个 原子 振动 起来

那 这个 振动 很快 就 会 传导 到 另外 一个 原子 上去

所以 金刚石 的 导热性 能 也 非常 好

那么 除了 SP3 杂化 以外 咱们 再 看 石墨

石墨 它 1 个 碳原子 周围 并 不是 4 个 碳原子

而 周围 有 3 个 碳原子 对 吧

这种 情况 怎么 解释 呢

科学家 们 说 这个 叫 SP2 杂化

SP2 杂化 的 意思 是 说

1 个 S 轨道 和 2 个 P 轨道 合 到 一块儿

然后 分成 三份

于是 1 个 碳原子 周围 就 有 什么

就 有 3 个 碳原子 形成 了 这种 结构

但 它 的 结构 那 是 一个 平面 结构

每 一个 碳原子 形成 了 120 度角 的 这么 三个 情况

那 旁边 另外 一个 碳原子

也 形成 了 120 度角 的 这种 情况

于是 这 两个 碳原子 不 就 连 到 一块 了 嘛 对 不 对

这个 也 是 我们 刚才 说 的 头 碰头 叫 σ 键 对 吧

这个 σ 键 是 比较 强 的

所以 石墨 在 这个 方向 上 拉伸 性能

和 这个 坚韧度 都 是 非常 高 的

但是 我们 知道 一共 有 3 个 P 轨道

你 现在 给 我 搞了个 SP2 杂化

那 就 还 少 了 一个 P 轨道 对 不 对

这个 P 轨道 保留 了

也就是说

这 一个 碳原子 形成 了 3 个 SP2 杂化 轨道 之后 呢

它 还 保留 了 一个 单独 的 P 轨道 是 竖 过来 的

右边 这个 碳原子 也 保留 了 一个 单独 的 P 轨道

我画 的 这个 比较 远

实际上 这 两个 P 轨道 会叠到 一块

叠到 一块 它们 两个 之间 其实 也 会 有 相互作用

这种 相互作用 我们 称为 肩并肩

这个 肩并肩 的 相互作用

如果说 的 这个 更加 专业 一点

它 应该 叫 π 键

那么 这种 π 键 会 有 什么 特点 呢

我们 知道 石墨 的 导电性 能 非常 好

其实 就是 因为 这个 π 键

电子 可以 在 π 键 之间 进行 跃迁

这样 就 造成 电子 运动 的 速度 非常 快

所以 石墨烯 有 很 好 导电性

有人 说 那 石墨烯 有 很 好 的 导电性

那 石墨 导电性 能 为什么 比 石墨烯 还 差 呢

它 有 很多很多 层 为什么 还 差

这 是因为

石墨 它 并 不是 一个 非常 好 的 一层 一层 的 结构

它 实际上 有 的 时候 是 这样 的

前面 有 一片 是 吧

它 掉 到 前面 一片 就 竖 过来 了 对 吧

所以 你 电子 到 了 这 之后 它 就 会 很 郁闷 对 不 对

你 看 我 走 的 好好 的 被 你 给 挡住 了

再有 这个 电子 会 在 两层 之间 跳来跳去

如果 你 电子 在 两层 之间 跳来跳去

而 不是 在 一层 往前走 的话

相比 来讲 电阻 也 会 大 一些

也 正 因为 如此 石墨烯 有 这样 的 一个 分子结构

所以 才 会 造成 它 具有 这样 的 一个 特点

化学 其实 就是 这样 一门 学科

它 通过 研究 物质 的 性质 与 变化

去 推测 物质 的 结构 与 组成

然后 再 通过 人为 设计 一些 结构 与 组成

去 获得 一些 新 的 性质 来 改善 我们 的 生活

化学 是 一门 非常 重要 的 学科

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