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      事業單位公共基礎知識:神奇的石墨烯

      2020-02-14 17:36      文章來源:華圖教育

      事業單位公共基礎知識:神奇的石墨烯由華圖事業單位招聘網提供,更多關于事業單位考試內容,事業單位備考常識,事業單位考試備考資料的內容,請關注華圖事業單位招聘考試網!

      最近石墨烯研究成果的問世引來了許多人的關注,面對如此強大、高效的特點人們不禁產生了疑問,石墨烯為什么會這么神奇?石墨烯又是怎么來的呢?下面讓我們一起來揭開石墨烯的面紗。

      在了解石墨烯之前,我們來說一下同素異形體,自然界的物質都是由不同元素組成的,其中有些物質是由同一種元素組成的,之所以表現得不一樣是因為分子結構的不同所導致的,比如我們呼吸需要氧氣,氧氣是由兩個氧原子構成的,而臭氧是由三個氧原子構成的,他們的化學性質存在非常大的差別,同是由氧原子組成,那么氧氣和臭氧便是同素異形體,再比如紅磷和白磷,都是由磷元素構成的單質,但是紅磷無毒而白磷有劇毒。

      在自然界中的第六號元素碳也有很多同素異形體,第一種就是我們最常見的金剛石就是其中之一,金剛石的結構是由每一個碳原子與另外四個碳原子相結合所組成的,位于中間的碳原子和其他四個碳原子構成了一個正四面體的結構,它們之間靠很強的共價鍵相結合,所以金剛石無論從硬度還是結構上來講都非常的堅硬牢固。碳的第二種同位素叫做富勒烯,富勒烯也叫碳60,由1985年的時候被英國和美國的科學家發現。并以此獲得了1996年的諾貝爾獎。除了富勒烯之外還有一個叫做碳納米管的物質,它形成了一個管的結構,擁有很好的導熱性質。

      除了這些之外還有個就是我們要講的石墨烯,在了解石墨烯之前我們先來了解一下石墨,石墨本身是一種礦物質,人們使用的鉛筆筆芯就是由石墨和粘土組成的,石墨本身質地非常柔軟且光滑,可以用來做軟化劑和電極等,石墨的結構是分層的,每一層的碳原子之間靠化學鍵相連接,比較穩定,但是層與層之間并沒有化學鍵相連接,僅靠范德華力相連,所以石墨的單層與單層之間會產生滑動。而我們所講的石墨烯指的就是單獨的每一層石墨。

      石墨烯的材料曾被認為是不存在的,而在2004年的時候,英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·海姆和諾沃肖洛夫采取“撕膠帶”的方式獲取了單層的石墨。這種材料是一個二維材料,因為它的厚度十分薄,僅有0.355納米厚,也就是說如果我們擁有1毫米石墨,它其實是由150萬層石墨烯組成的。

      石墨烯的優點包括很多,第一是機械強度大,不容易破話,比鋼鐵還強200倍。第二是拉伸性能好,可以拉伸至自身長度的120%。第三是導電性,導電效果比銀還要強。第四是導熱性,導熱性比銀強10倍。所以我們利用石墨烯的這些有點我們可以有很多的作用,首先因為機械性好我們可以用來做防彈衣,其次我們可以用來做折疊的電子設備,再次我們可以做電池的添加劑或者計算機芯片,最后石墨烯還可以凈水和生物醫療等方面的工作……

      石墨烯為什么這么強呢?這就是因為它的結構,碳是六號元素,原子核外有6個電子,最內層有2個穩定的電子,外層的4個電子是分層排布的,第二層的電子軌道有兩種分布軌道,一個是S軌道,一個是P軌道,其中P軌道包括Px、Py、Pz三種形式。石墨的碳原子組合和金剛石的碳原子組合所試用的軌道組合方式不同,一個是SP2雜化,一個是SP3雜化,因為彼此的連接十分堅固穩定所以石墨和金剛石都擁有很好的導電性等等。

      我們就是這樣一步一步通過研究物質的性質和變化去推測物質的結構與組成,然后再通過人為設計一些結構與組成去獲得新的性質以改變我們的生活,這就是神奇的石墨烯。

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      (編輯:liyu01)

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