石墨有了“烯”，便成了“黑金”

石墨烯(graphene)是近幾年來發(fā)展起來的一種新型二維無機(jī)納米材料，自從其發(fā)現(xiàn)以來，石墨烯在化學(xué)、物理、材料、電子等各個(gè)領(lǐng)域顯示了廣闊的應(yīng)用前景。尤其是它極高的機(jī)械強(qiáng)度，出色的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，以及豐富的來源（石墨），使其能作為一種理想的無機(jī)納米填料來制備聚合物復(fù)合材料。

石墨烯結(jié)構(gòu)簡介

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化連接形成的單原子層二維晶體，其厚度為0.335nm，碳原子規(guī)整的排列于蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)單元之中。由于二維晶體在熱力學(xué)上的不穩(wěn)定性，所以不管是以自由狀態(tài)存在或是沉積在基底上的石墨烯都不是完全平整，而是在表面存在本征的微觀尺度的褶皺。

電子顯微鏡下觀測的石墨烯片，其碳原子間距僅0.142nm。

圖1 石墨烯結(jié)構(gòu)示意圖及掃描圖

每個(gè)碳原子除了以σ鍵與其他三個(gè)碳原子相連之外，剩余的π電子與其他碳原子的π電子形成離域大π鍵，電子可在此區(qū)域內(nèi)自由移動(dòng)，從而使石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能。同時(shí)，這種緊密堆積的蜂窩狀結(jié)構(gòu)也是構(gòu)造其他碳材料的基本單元。

如圖2所示，單原子層的石墨烯可以包裹形成零維(0D)的富勒烯，單層或者多層的石墨烯可以卷曲形成單壁或者多壁的一維(1D)碳納米管，也可堆疊形成三維(3D)的石墨。

圖2 石墨烯：其他石墨結(jié)構(gòu)碳材料的基本構(gòu)造單元，可包裹形成零維富勒烯，卷曲形成一維碳納米管，也可堆疊形成三維的石墨