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事业单位公共基础知识:神奇的石墨烯

2020-02-14 17:36      文章来源:华图教育

事业单位公共基础知识:神奇的石墨烯由华图事业单位招聘网提供,更多关于事业单位考试内容,事业单位备考常识,事业单位考试备考资料的内容,请关注华图事业单位招聘考试网!

最近石墨烯研究成果的问世引来了许多人的关注,面对如此强大、高效的特点人们不禁产生了疑问,石墨烯为什么会这么神奇?石墨烯又是怎么来的呢?下面让我们一起来揭开石墨烯的面纱。

在了解石墨烯之前,我们来说一下同素异形体,自然界的物质都是由不同元素组成的,其中有些物质是由同一种元素组成的,之所以表现得不一样是因为分子结构的不同所导致的,比如我们呼吸需要氧气,氧气是由两个氧原子构成的,而臭氧是由三个氧原子构成的,他们的化学性质存在非常大的差别,同是由氧原子组成,那么氧气和臭氧便是同素异形体,再比如红磷和白磷,都是由磷元素构成的单质,但是红磷无毒而白磷有剧毒。

在自然界中的第六号元素碳也有很多同素异形体,第一种就是我们最常见的金刚石就是其中之一,金刚石的结构是由每一个碳原子与另外四个碳原子相结合所组成的,位于中间的碳原子和其他四个碳原子构成了一个正四面体的结构,它们之间靠很强的共价键相结合,所以金刚石无论从硬度还是结构上来讲都非常的坚硬牢固。碳的第二种同位素叫做富勒烯,富勒烯也叫碳60,由1985年的时候被英国和美国的科学家发现。并以此获得了1996年的诺贝尔奖。除了富勒烯之外还有一个叫做碳纳米管的物质,它形成了一个管的结构,拥有很好的导热性质。

除了这些之外还有个就是我们要讲的石墨烯,在了解石墨烯之前我们先来了解一下石墨,石墨本身是一种矿物质,人们使用的铅笔笔芯就是由石墨和粘土组成的,石墨本身质地非常柔软且光滑,可以用来做软化剂和电极等,石墨的结构是分层的,每一层的碳原子之间靠化学键相连接,比较稳定,但是层与层之间并没有化学键相连接,仅靠范德华力相连,所以石墨的单层与单层之间会产生滑动。而我们所讲的石墨烯指的就是单独的每一层石墨。

石墨烯的材料曾被认为是不存在的,而在2004年的时候,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·海姆和诺沃肖洛夫采取“撕胶带”的方式获取了单层的石墨。这种材料是一个二维材料,因为它的厚度十分薄,仅有0.355纳米厚,也就是说如果我们拥有1毫米石墨,它其实是由150万层石墨烯组成的。

石墨烯的优点包括很多,第一是机械强度大,不容易破话,比钢铁还强200倍。第二是拉伸性能好,可以拉伸至自身长度的120%。第三是导电性,导电效果比银还要强。第四是导热性,导热性比银强10倍。所以我们利用石墨烯的这些有点我们可以有很多的作用,首先因为机械性好我们可以用来做防弹衣,其次我们可以用来做折叠的电子设备,再次我们可以做电池的添加剂或者计算机芯片,最后石墨烯还可以净水和生物医疗等方面的工作……

石墨烯为什么这么强呢?这就是因为它的结构,碳是六号元素,原子核外有6个电子,最内层有2个稳定的电子,外层的4个电子是分层排布的,第二层的电子轨道有两种分布轨道,一个是S轨道,一个是P轨道,其中P轨道包括Px、Py、Pz三种形式。石墨的碳原子组合和金刚石的碳原子组合所试用的轨道组合方式不同,一个是SP2杂化,一个是SP3杂化,因为彼此的连接十分坚固稳定所以石墨和金刚石都拥有很好的导电性等等。

我们就是这样一步一步通过研究物质的性质和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新的性质以改变我们的生活,这就是神奇的石墨烯。

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(编辑:liyu01)

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