為何石墨烯研究方面得不到進(jìn)展？石墨烯導(dǎo)電性究竟如何
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-03 15:51
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由于每個碳原子的四個外層電子中三個被共價鍵固定，剩下的一個成為自由電子，因此石墨烯在其平面所在的二維方向具有導(dǎo)電性。
石墨烯是人類迄今所知的強(qiáng)度最高的材料，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到鋼的200倍以上。
富勒烯
一個富勒烯就是碳原子構(gòu)成的空心球，橢圓球，或碳管。
最普通的富勒烯是碳60（C60）又稱為巴基球，它由60個碳原子排列成正六邊形和正五邊形而構(gòu)成，看上去簡直就是一個“分子足球”(圖2)。碳60最初是在太空中發(fā)現(xiàn)的，最近也在煤煙中發(fā)現(xiàn)。
富勒烯不僅有C60，它還有許多大得多的版本如C70,C84甚至C540！
人們發(fā)現(xiàn)富勒烯分子球狀或籠狀結(jié)構(gòu)具有向外開放的面，而內(nèi)部卻是空的，這就有可能將其他物質(zhì)引入到該球體內(nèi)部，這樣可以顯著地改變富勒烯分子的物理和化學(xué)性質(zhì)。
例如將某些藥物置入C60球體空腔內(nèi)，成為緩釋型的藥物，進(jìn)入人體的各個部位。C60為人類戰(zhàn)勝愛滋病帶來一線曙光，C60的足球狀化學(xué)結(jié)構(gòu)的鍵結(jié)，能快速地與HIV病毒結(jié)合，減低毒素與阻止HIV病毒擴(kuò)散，這將促進(jìn)生技醫(yī)藥公司開發(fā)新的碳六十藥物。化學(xué)家已經(jīng)嘗試著往這些中空的物質(zhì)中加進(jìn)各種各樣的金屬，使之具有超導(dǎo)性，科學(xué)家預(yù)言C540有可能實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)。富勒烯在單分子納米電子器件等方面有著廣泛的應(yīng)用前景
碳納米管
碳納米管是富勒烯的管狀形式，也可以看成是由一片石墨烯卷成的無縫管(圖3)。
單個的碳納米管是人類迄今所知的強(qiáng)度和剛度最高的材料之一。
碳納米管只有一維導(dǎo)電性，因而稱為分子導(dǎo)線。
實(shí)際制造出來的碳納米管一般由幾個到幾十個單壁碳納米管同軸構(gòu)成，直徑為零點(diǎn)幾納米至幾十納米，長度可達(dá)數(shù)毫米(圖4)。
不論是單層還是多層碳納米管，前后末端都是類似半球形，結(jié)構(gòu)基本上與半個C60相似，使整個碳管成為一個封閉結(jié)構(gòu)。故納米碳管也是碳的同素異晶體家族的成員之一。
納米碳管比重只有鋼的三分之一，而抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到鋼的100倍以上，導(dǎo)電能力是銅的1000倍以上，且兼具金屬的性質(zhì)與半導(dǎo)體的性質(zhì)，故應(yīng)用範(fàn)圍極廣。
利用碳納米管可以制成高強(qiáng)度碳纖維材料和復(fù)合材料，其強(qiáng)度為鋼的100倍，重量則只有鋼的1/6，被科學(xué)家稱為未來的“超級纖維”；
在航天事業(yè)中，利用碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩，不僅可以為衛(wèi)星供電，還可以耐受很高的溫度而不會燒毀；
用金屬灌滿碳納米管，然后把碳層腐蝕掉，可以得到導(dǎo)電性能非常好的納米尺度的導(dǎo)線；
利用碳納米管做為鋰離子電池的正極和負(fù)極材料可以延長電池壽命，改善電池的充放電性能；
利用碳納米管制成極好的發(fā)光、發(fā)熱、發(fā)射電子的準(zhǔn)點(diǎn)光源，制成平面顯示器等，使壁掛電視成為可能；
在電子工業(yè)上、用碳納米管生產(chǎn)的晶體管，體積只有半導(dǎo)體的1/10，用碳基分子電子裝置取代電腦芯片，將引發(fā)計(jì)算機(jī)的新的革命，20-30年后可望研制成功運(yùn)算速度和存儲容量比現(xiàn)有計(jì)算機(jī)提高成千上萬倍的量子計(jì)算機(jī)；
碳納米管可以在較低的氣壓下存儲大量的氫元素，利用這種方法制成的燃料不但安全性能高，而且是一種清潔能源，在汽車工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的發(fā)展前景。
石墨烯是人類迄今所知的強(qiáng)度最高的材料，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到鋼的200倍以上。
富勒烯
一個富勒烯就是碳原子構(gòu)成的空心球，橢圓球，或碳管。
最普通的富勒烯是碳60（C60）又稱為巴基球，它由60個碳原子排列成正六邊形和正五邊形而構(gòu)成，看上去簡直就是一個“分子足球”(圖2)。碳60最初是在太空中發(fā)現(xiàn)的，最近也在煤煙中發(fā)現(xiàn)。
富勒烯不僅有C60，它還有許多大得多的版本如C70,C84甚至C540！
人們發(fā)現(xiàn)富勒烯分子球狀或籠狀結(jié)構(gòu)具有向外開放的面，而內(nèi)部卻是空的，這就有可能將其他物質(zhì)引入到該球體內(nèi)部，這樣可以顯著地改變富勒烯分子的物理和化學(xué)性質(zhì)。
例如將某些藥物置入C60球體空腔內(nèi)，成為緩釋型的藥物，進(jìn)入人體的各個部位。C60為人類戰(zhàn)勝愛滋病帶來一線曙光，C60的足球狀化學(xué)結(jié)構(gòu)的鍵結(jié)，能快速地與HIV病毒結(jié)合，減低毒素與阻止HIV病毒擴(kuò)散，這將促進(jìn)生技醫(yī)藥公司開發(fā)新的碳六十藥物。化學(xué)家已經(jīng)嘗試著往這些中空的物質(zhì)中加進(jìn)各種各樣的金屬，使之具有超導(dǎo)性，科學(xué)家預(yù)言C540有可能實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)。富勒烯在單分子納米電子器件等方面有著廣泛的應(yīng)用前景
碳納米管
碳納米管是富勒烯的管狀形式，也可以看成是由一片石墨烯卷成的無縫管(圖3)。
單個的碳納米管是人類迄今所知的強(qiáng)度和剛度最高的材料之一。
碳納米管只有一維導(dǎo)電性，因而稱為分子導(dǎo)線。
實(shí)際制造出來的碳納米管一般由幾個到幾十個單壁碳納米管同軸構(gòu)成，直徑為零點(diǎn)幾納米至幾十納米，長度可達(dá)數(shù)毫米(圖4)。
不論是單層還是多層碳納米管，前后末端都是類似半球形，結(jié)構(gòu)基本上與半個C60相似，使整個碳管成為一個封閉結(jié)構(gòu)。故納米碳管也是碳的同素異晶體家族的成員之一。
納米碳管比重只有鋼的三分之一，而抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到鋼的100倍以上，導(dǎo)電能力是銅的1000倍以上，且兼具金屬的性質(zhì)與半導(dǎo)體的性質(zhì)，故應(yīng)用範(fàn)圍極廣。
利用碳納米管可以制成高強(qiáng)度碳纖維材料和復(fù)合材料，其強(qiáng)度為鋼的100倍，重量則只有鋼的1/6，被科學(xué)家稱為未來的“超級纖維”；
在航天事業(yè)中，利用碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩，不僅可以為衛(wèi)星供電，還可以耐受很高的溫度而不會燒毀；
用金屬灌滿碳納米管，然后把碳層腐蝕掉，可以得到導(dǎo)電性能非常好的納米尺度的導(dǎo)線；
利用碳納米管做為鋰離子電池的正極和負(fù)極材料可以延長電池壽命，改善電池的充放電性能；
利用碳納米管制成極好的發(fā)光、發(fā)熱、發(fā)射電子的準(zhǔn)點(diǎn)光源，制成平面顯示器等，使壁掛電視成為可能；
在電子工業(yè)上、用碳納米管生產(chǎn)的晶體管，體積只有半導(dǎo)體的1/10，用碳基分子電子裝置取代電腦芯片，將引發(fā)計(jì)算機(jī)的新的革命，20-30年后可望研制成功運(yùn)算速度和存儲容量比現(xiàn)有計(jì)算機(jī)提高成千上萬倍的量子計(jì)算機(jī)；
碳納米管可以在較低的氣壓下存儲大量的氫元素，利用這種方法制成的燃料不但安全性能高，而且是一種清潔能源，在汽車工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的發(fā)展前景。
