石墨烯有哪些物理特性（石墨烯有什么奥秘）

自21世纪以来石墨烯已经成为新型材料的研究重点，许多科学家都对石墨烯有着浓厚的兴趣，也相继研发出了不同类型的石墨烯概念产品，我们先用一个实验解开石墨烯是什么。

铅笔里面装有一根软石墨棒，软石墨棒是由牢固结合的原子层组成的一种碳，这些原子层通过范德华力非常脆弱地结合在一起。当沿着纸张拖动铅笔时，石墨薄层会被摩擦下来并留在上面。

所以，我们看到的就是一个原子厚度的超薄石墨层。像这样的铅笔书写或标记中都有少量的石墨烯斑点，但它们只有一个原子的厚度，所以这样的石墨层就是我们所听到的石墨烯！

在物理课本中我们知道碳有2中截然不同的形式存在，即同素异形体，分别是石墨（常见于铅笔笔芯）和钻石。令人神奇的是，这两种根本不同的材料都是由相同的碳原子结合而成。

那么，石墨为什么不同于金刚石呢？这是因为石墨是由其他材料与石墨混合在一起，而钻石则是由单一的碳原子组成的物质，所以在纯度上比石墨更坚固。如果我们在书本上学的这些止步于此，那就没有了石墨烯的出现了，也正是孜孜不倦的探究精神，在1985年人们发现额碳的另一种同素异形体-富勒烯，由60个碳原子的橄榄球状笼子制成，直到2004年将平坦的碳原子卷曲制成直径为1纳米的超薄空心管和鼓状石墨烯。

观察许多熟悉的固体材料，我们会发现：许多原子排列成规则的，无休止的重复三维结构，只而原子之间没有看不见的结合，它们不是结合在一起，而是固定在一起。钻石和石墨都具有三维结构，尽管它们是完全不同的：在钻石中，原子紧密地结合在三维四面体中，而在石墨中，原子紧密地结合在二维层中，二维层固定在这些层上相对较弱上方与下方。

图左：钻石具有基于重复四面体的坚固三维体系。红色斑点是碳原子，灰色线是将它们连接在一起的键。（键是不可见的，但我们可以这样绘制它们，因此我们可以更轻松地对其进行可视化。）

图右：基于紧密结合的六边形层，石墨的结构要弱得多。这些层在范德华力的作用下彼此薄弱地相连。

而石墨烯是单层石墨。它的晶体结构是二维的。换句话说，石墨烯中的原子是平坦放置的，就像桌子上的台球一样。就像在石墨中一样，每一层石墨烯都是由碳的六边形“环”制成的，从而呈现出蜂窝状的外观。由于这些层本身只有一个原子高度，因此需要堆叠约300万个才能将石墨烯制成1毫米厚！

所以拥有一个原子厚度石墨烯注定是很轻的一种物质，很显然我们可以把1克的石墨烯分布开来，足足可以覆盖1个足球场大小的面积，尽管没有人这样做过，但我们可以做一个计算，如果将石墨烯覆盖整我们的国土面积，也只需要2000吨而以。

强度：石墨烯比钻石的硬度更强！石墨烯被认为是迄今发现的最坚固的材料，比钢强200倍。值得注意的是，它既僵硬又有弹性，因此您可以将其拉伸到惊人的程度（原始长度的20％到25％）而不会断裂。那是因为石墨烯中碳原子的平面可以相对容易地弯曲而不会分裂。我们可以使用这一特征用其制造复合材料，用于汽车制造，以及其它用途，可以更环保更节能。

电导率：石墨烯电池大家肯定听说过，它就是利用了石墨烯的电导率，因为石墨烯的扁平六边形晶格对电子的阻力相对较小，电子可以快速，轻松地通过电子，甚至比一些超导体载流性能都更好，根据其超好的防渗透特质与体积结构，电池将做的更小，存电量更多，相比普通锂电池更具环保性。

电子特性：电导率只是以相对粗糙的方式将电从一个地方“运送”到另一个地方。石墨烯可以搭载操纵带电的电子流，如果处理器用上了石墨烯，电子像光子一样穿过石墨烯，速度更快，或许我们能更快速的发展到6G时代。

光学性质：通常，一种物体越薄，它越可能是透明的，石墨烯也一样，只有一个原子厚的超薄石墨烯几乎完全透明，它的透光率约97-98％的光率。但是我们要记住石墨烯也是一种神奇的电导体，我们可以结合这一性质，制作出既是窗户玻璃有能发电的环保材料了。

尽管石墨烯的这些特征已被证实，但是还需要解决很多技术难题才能投入生产使用，可以肯定的是石墨烯是一种环保节能材料，对我们的环境有着莫大的提升与改造，相信不久的将来一大部分是石墨烯参与的格局。对此看法你有什么见解呢？