美科学家发现石墨烯三维异型体新结构
_新教材高中化学课时检测32从微观结构看物质的多样性含解析苏教版必修第一册
从微观结构看物质的多样性1．下列化学式中，只表示一种纯净物的是( )A．C B．CH4C．C2H6O D．C4H10解析：选B A项，C(碳)可以表示金刚石或石墨；C项，C2H6O对应CH3CH2OH或CH3OCH3两种物质；D项，C4H10可以是CH3CH2CH2CH3或两种物质。
2．正丁烷与异丁烷互为同分异构体的依据是( )A．具有相似的化学性质B．具有相同的物理性质C．分子具有相同的空间结构D．分子式相同，但分子内碳原子的结合方式不同解析：选D 同分异构体的性质有一定的差异，但性质有差异的物质不一定互为同分异构体，故A、B错误；正丁烷与异丁烷分子式相同，分子内部碳原子的连接方式不同，结构不同，故C错误，D正确。
3．自然界中的CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。
下列一定能说明CaF2是离子晶体的实验是( )A．CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱B．CaF2的熔、沸点较高，硬度较大C．CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电D．CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小解析：选C 离子晶体中含有离子键，离子键在熔融状态下能够被破坏，电离出自由移动的阴、阳离子，所以离子晶体在熔融状态下能够导电，这是判断某晶体为离子晶体的实验依据。
4.石墨烯是一种由碳原子组成的六边形蜂巢结构的平面薄膜，其结构模型如图所示。
下列关于石墨烯的说法中，正确的是( )A．是一种新型化合物B．与石墨互为同位素C．碳原子形成的键全部是碳碳单键D．是一种有发展前途的导电材料解析：选D 石墨烯是只含C元素的纯净物，属于单质，A选项错误；石墨烯和石墨是碳元素的不同单质，属于同素异形体，B选项错误；根据C原子的成键特点可知，每个C原子形成两个碳碳单键和一个碳碳双键，C选项错误；石墨烯具有良好的导电和导热性能，所以是一种有发展前途的导电材料，D选项正确。
5．重水(D2O)是重要的核工业原料。
下列说法错误的是( )A．氘(D)的原子核外有1个电子B．1H与D互为同位素C．H2O与D2O互为同素异形体D．1H182O与D162O的相对分子质量相同解析：选C 同素异形体是指由同种元素形成的性质不同的单质。
石墨烯的奥秘 将石墨一层结构单独拿出就是石墨烯
石墨烯的奥秘什么是石墨烯呢？很简单，石墨烯就是单层的石墨，如果将石墨的一层结构单独拿出来，那就是石墨烯。
———————————————石墨烯就是单层的石墨———————————————在整个宇宙之中，所有的物质都是由不同的元素所构成的，但同一种元素却并非只能构成同一种物质，元素通过不同的结构进行组合就能够形成不同的物质。
以碳元素为例，当一个碳原子周围有四个碳原子，它们以共价键的方式相结合，且周围的四个碳原子与中心的碳原子形成一个正四面体结构的时候，就组成了一种物质，我们叫它钻石。
因为碳原子之间是以很强的共价键结合的，所以钻石的硬度很高，又被称为金刚石。
钻石的硬度很高，但另一个同样由碳原子所组成的物质却十分光滑，它就是石墨。
多正六边形的结构，就组成了一个层，很多层叠在一起就组成了石墨。
在石墨中，同一层的碳原子依靠化学键结合，而层与层之间却没有化学键，它们是依靠原子间的弱碱性电性吸引力结合在一起的，所以同一层碳原子的结合非常牢固，而层与层之间则是可以滑动的，而这种层与层之间的滑动就是石墨光滑特性的根源。
那么什么是石墨烯呢？很简单，石墨烯就是单层的石墨，如果将石墨的一层结构单独拿出来，那就是石墨烯。
石墨烯的发现是在2004年，而在此之前，科学家们一直断定类似于石墨烯的物质是不会存在的，为什么呢？原因很简单，我们身处将石墨一层结构单独拿出就是石墨烯都是三维结构的，像石墨烯这种二维结构的物质不可能存在于三维空间之中。
一张纸是不是二维结构呢？当然不是，纸是三维结构物质，它是立体的，拥有长宽高，只不过高度，也就是厚度很薄而已。
但石墨烯就不同了，它基本上可以说是一种二维结构物质，石墨烯就是单层石墨，它的结构是平面的，厚度为一个原子，那么这一个原子到底有多厚呢？我们知道，纳米这个单位是很小的，一纳米就等于10-9米，而单层石墨的厚度为0.355纳米，很薄很薄，薄得没有办法再薄。
二维结构的物质无法存在于三维空间之中，这是一个常识，但有|封面故事|◎编辑|刘伟鹏固体材料，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，只是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。
石墨烯介绍
• Date: 2013年05月10日
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石墨烯介绍
石墨烯特性
石墨烯应用
什么是石墨烯?
石墨烯(英文Graphene，命名来自英文graphite+ -ene) 是一种由C原子形成的蜂巢状的准二维 结构，是C元素的另外一种同素异形体。由亍是仍石墨中制取，丏包含烯类物质的基本特征(碳原子之 间的双键), 所以称为石墨烯。 我们所熟知的石墨、纳米碳管和富勒烯等，是由单层石墨烯经某种形变而形成的。
导电性 (最好)
机械特性 (强度最大) 化学性质 光学特性 物理特性 热导率 (极高)
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石墨烯介绍
石墨烯特性
石墨烯应用
石墨烯应用
1. 电子器件斱面的应用
室温下石墨烯具有l0倍亍商用硅片的高 载流子迁秱率(约10 am /V·s)，并且 受温度和掺杂效应的影响徆小，这是石 墨烯作为纳电子器件最突出的优势，使 电子工程领域极具吸引力的室温弹道场 效应管成为可能。较大的费米速度和低 接触电阻则有助亍迚一步减小器件开关 时间，超高频率的操作响应特性是石墨 烯基电子器件的另一显著优势。此外， 石墨烯减小到纳米尺度甚至单个苯环同 样保持徆好的稳定性和电学性能，使探 索单电子器件成为可能。
碳纳米管
石墨烯
石墨烯的来源?
实际上石墨烯本来就存在亍自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨， 厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。
石墨烯
如何获得石墨烯?
1947年，菲利普·华莱士开始研究石墨烯的电子结构 1987年，穆拉斯首次使用Graphene一词 如何才能制得石墨烯？
2. 代替硅生产超级计算机
石墨烯还是目前已知导电性能最出色的 材料。石墨烯的这种特性尤其适合亍高 频电路。高频电路是现代电子工业的领 头羊，一些电子设备，例如手机，由亍 工程师们正在设法将越来越多的信息填 充在信号中，它们被要求使用越来越高 的频率，然而手机的工作频率越高，热 量也越高，亍是，高频的提升便受到徆 大的限制。由亍石墨烯的出现，高频提 升的发展前景似乎变得无限广阔了。 这使它在微电子领域也具有巨大的应用 潜力。石墨烯看作是硅的替代品，能用 来生产未来的超级计算机。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料
新材料石墨烯石墨烯及其应用石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，以sp2杂化轨道组成，六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。
石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光"；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm²/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。
因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。
由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。
石墨烯的结构非常稳定，石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。
这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。
石墨烯是构成下列碳同素异形体的基本单元：石墨，木炭，碳纳米管和富勒烯。
完美的石墨烯是二维的，它只包括六边形(等角六边形); 如果有五边形和七边形存在，则会构成石墨烯的缺陷。
12个五角形石墨烯会共同形成富勒烯。
石墨烯卷成圆桶形可以用为碳纳米管；另外石墨烯还被做成弹道晶体管并且吸引了大批科学家的兴趣。
在2006年3月，佐治亚理工学院研究员宣布, 他们成功地制造了石墨烯平面场效应晶体管，并观测到了量子干涉效应，并基于此结果，研究出以石墨烯为基材的电路.一特性1电子运输在发现石墨烯以前，大多数（如果不是所有的话）物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。
拉曼光谱表征石墨烯结构的研究进展
拉曼光谱表征石墨烯结构的研究进展郝欢欢;刘晶冰;李坤威;汪浩;严辉【摘要】石墨烯是一种只有一个原子层的二维原子晶体,它是构成零维富勒烯、一维碳纳米管和三维石墨等其他碳同素异形体的基本结构单元,具有很多独特的电子及力学性能,因而吸引了化学、材料及其他领域众多科学家的高度关注.拉曼光谱作为一种灵敏便捷的表征方法,在石墨烯的研究中起到重要的作用.该综述总结了近年来拉曼光谱在石墨烯表征中的应用,在对单层石墨烯的典型特征峰作详细介绍的基础上,通过对拉曼谱图中D峰、G峰和2D峰的强度、位置和半峰宽变化情况的分析,可以快速而准确地表征出石墨烯的层数,并可以对石墨烯的堆垛方式、边缘手性和掺杂程度进行判定.同时,也系统地分析了在石墨烯制备与测试过程中基底、掺杂、温度和激光功率等因素对拉曼谱图中D峰、G峰和2D峰的强度、位置和半峰宽的影响.%Graphene is a kind of two-dimensional atomic crystal with one atomic layer,which is the basic structure unit of other dimensions of graphite materials,such as zero dimensional fullerenes, one-dimensional carbon nanotubes and three-dimensional graphite.Graphene has a lot of unique elec-tronic and mechanical properties,which have attracted high attention of many scientists in the field of chemistry,materials and other fields.Raman spectroscopy as a sensitive and convenient characteriza-tion method,has played a very important role in the study of graphene.Raman spectroscopy is an in-tegral part of graphene research.The application of Raman spectroscopy in graphene characterization in recent years is reviewed in this paper.The characteristic peak of monolayer graphene was first int-nduced.Then,through the analysis of the changes of D peak,G peakand 2D peak intensity,position and half peak width of Raman spectra,the number of graphene layers can be quickly and accurately characterized,as well as,the stacking orders,edge chirality and doping degree of graphene were de-fined.At the same time,the effects ofsubstrate,doping,temperature and laser power on the intensi-ty,position and half width of D peak,G peak and 2D peak of Raman spectra in the process of prepar-ing graphene were also systematically analyzed.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2018(046)005【总页数】10页(P1-10)【关键词】石墨烯;拉曼光谱;层数效应;堆垛方式;边缘手性;掺杂程度【作者】郝欢欢;刘晶冰;李坤威;汪浩;严辉【作者单位】北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124;北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124;中国标准化研究院,北京100142;北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124;北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124【正文语种】中文【中图分类】O657.37人们在理论上对石墨烯的研究最早始于20世纪60年代[1-2]，在当时已预测出二维石墨烯片的电荷载体会表现得像一个无质量的狄拉克费米子并能够指导大多数其他碳材料的量子特性。
石墨烯技术及产业发展现状
石墨烯技术及产业发展现状张芳;史冬梅;暴宁钟;任文才【摘要】石墨烯（graphene）是一种新型的碳基材料，具有极好的结晶性及电学性能，在能源、半导体、生物医学等多个领域具有良好的应用前景，已成为发达国家必争的战略制高点。
美国在全球率先将石墨烯研究上升为国家发展战略，欧盟投入巨资资助开发石墨烯在能源和数字技术等领域的应用，英国拟投资6100万英镑建立国家石墨烯研究所，日本、韩国也持续开展了一系列与石墨烯相关的研究和应用。
我国对石墨烯材料的基础研究处于国际领先地位，但在器件制造和应用方面仍很欠缺。
我国应加强石墨烯规模化制备技术和改性技术的研究，加强石墨烯的应用研究，并在石墨烯研究方面加强产学研联合研究和国际合作。
%Graphene is a new C-based material and has a 2D cellular crystal lattice structure closely packed by single layered C atoms. The graphene has excellent crystallinity and electrical properties, and has a good application prospect in several areas like energy, semiconductor, and biomedicine science. The United States is the ifrst to turn the graphene research into a national strategy; the European Union has invested heavily in graphene research and its application in the ifeld of energy and digital technology; the UK will input 61 million pounds to set up the graphene research institute; Japan and South Korea have carried out many studies related to grapheme application. China has taken the lead in basic research of graphene, however, it fall behind the developed countries in graphene-based device and its application. In this article, analysis is made to the technologies andindustrial development of graphene in China and other countries, and some suggestions for development of graphene in China are proposed.【期刊名称】《全球科技经济瞭望》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】7页(P45-51)【关键词】石墨烯;碳基材料;二维结构;电学性能【作者】张芳;史冬梅;暴宁钟;任文才【作者单位】中国科学技术部高技术研究发展中心，北京 100044;中国科学技术部高技术研究发展中心，北京 100044;南京工业大学，南京 210009;中国科学院金属研究所，沈阳 110016【正文语种】中文【中图分类】TB383-1;F416.7人们一直认为，完美二维晶体结构无法在非绝对零度下稳定存在[1]，直到 2004 年，英国曼彻斯特大学两位科学家 AK Geim 和 KS Novoselov 利用胶带剥离高定向石墨的方法获得了独立存在的高质量二维石墨烯晶体，并相继发现了一系列新奇的物理现象[1-2]，引发了全世界范围内石墨烯（graphene）研究的“淘金热”。
石墨烯热学性能及表征技术
石墨烯热学性能及表征技术河南清濮智慧化工科技有限公司河南省濮阳市 457000摘要：碳元素（C）是自然界中普遍存在的一种重要元素，它的电子轨道杂化（sp,sp2,sp3）杂化（sp,sp2,sp3)，这就导致了以碳作为唯一元素的同素异形体材料的各种形态。
零维碳单质材料是由 Kroto等于1985年找到的。
在这之后，第一个一维的碳单质碳奈米管被伊吉马在1991年发现。
从那时起，碳材料一直是材料科学领域的一个热门课题。
安德烈·吉姆和英国曼彻斯特大学的康斯坦丁·诺沃赛罗夫于2004年用一种简单的胶布剥离技术，得到了一种以sp2为单一原子的单晶碳单质石墨。
石墨烯的基本构造包括：零维富勒烯、一维碳纳米管、3D石墨等。
关键词：石墨烯；热学性能；表征技术一、石墨烯的结构与性能石墨是一种具有独特的碳基化合物，它是一种具有六方点阵蜂窝状的苯环的碳单质碳基，它具有很好的稳定性。
在一个完美的石墨体系中，每一个碳与邻近的碳原子都会有一个稳定的 signa键，而剩下的 p型电子，会沿着与石墨烯垂直的方向，在整个石墨烯的表面上，产生一个sp2型的p-键。
正因为如此，它才具有了类似于金属的性质，并且具有极好的传导能力。
这种单片的石墨烯，厚度仅为1个碳，大约0.335 nm，是迄今为止最轻的一种，它拥有许多其他的碳素都没有的优异性能。
石墨内部的碳分子间存在着很少的相互作用，因此在外部作用下，大面积的表面会产生相应的弯曲，从而保证了其稳定。
它是当今世上最坚固的材料，甚至超过了钻石。
石墨烯是世界上最薄、最坚固的物质，它具有2630平方米/克的理论比表面，同时具有非凡的热传导能力3000W/（m. K）、机械特性1060 GPa，在室温下具有高的电子移动能力。
石墨烯近乎全透明，仅能接受2.3%的光线。
此外，该方法还具备非局部性、量子力学和双极电场等优良性能。
二、石墨烯的制备方法石墨烯最初的制造是通过力学剥离技术进行的，近年来，石墨烯的生产工艺得到了改进，希望可以大规模生产出层数可控、面积大、质量好、成本低的高质量石墨烯。
石墨烯简单介绍
，是室温
构造与性能
热学性能
① 单层石墨烯旳
,
比碳纳米管旳而传
导率3000-3500Wm·k还要高，相比之下，工业界中被广泛使用旳散
热 材料金属铜旳热传导率只有400Wm·k
② 伴随石墨烯层数旳增长，其热传导率逐渐下降；当石墨烯从2层增 至4层时，其热导率从2800Wmk降低至1300Wmk；当层数到达5-8 层，减小到石墨旳热导率
2004英国曼彻斯特大学Andre Geim和他旳徒弟 Konstantin Novoselov在试验室用一种非常简朴旳措 施得到越来越薄旳石墨薄片。他们从石墨中剥离 出石墨片，然后将薄片旳两面粘在一种特殊旳胶 带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断 地这么操作，于是薄片越来越薄，最终，他们得 到了仅由一层碳原子构成旳薄片，这就是石墨烯 。所以两人共同取得2023年诺贝尔物理学奖。
石墨烯应用
替代硅生产超级计算机
石墨烯是目前已知
旳材料。石墨烯旳
这种特征尤其适合于高频电路。高频电路是当代电子工业旳领头羊，
某些电子设备，例如手机，因为工程师们正在设法将越来越多旳信息
填充在信号中，它们被要求使用越来越高旳频率，然而手机旳工作频
率越高，热量也越高，于是，高频旳提升便受到很大旳限制。因为石 墨烯旳出现，高频提升旳发展前景似乎变得无限广阔了。 这使它在
研究人员发觉，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100纳米距 离上可承受旳最大压力居然到达了大约2.9微牛。据科学家们测算，这 一成果相当于要施加55牛顿旳压力才干使1微米长旳石墨烯断裂。假如 物理学家们能制取出厚度相当于一般食品塑料包装袋旳（厚度约100纳
米）石墨烯，那么需要施加差不多两万牛旳压力才干将其扯断。换句 话说，假如用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重旳物品。
石墨烯
4.其他应用 在化工领域，可通过各种物理化学方法将石墨烯涂覆到 金属表面，形成很薄的涂层，达到金属防腐的目的；可以 作为催化剂达到电催化和复合催化的作用等等。 在生物领域，嵌入生物传感器界面的石墨烯可增大电极
的有效表面积；将金属纳米粒子沉积在石墨烯表面，实现
铁磁性二维 graphene sheet 的结 构模型
石墨烯的应用前景
LOGO
目前，石墨烯的应用可以用一句话来概括： 市场巨大，产业化尚需时间。 石墨烯具有高导电性、高韧度、高强度、超大比
表面积等特点，在电子、航天、军工、新能源、新
材料等领域有广泛应用。
石墨烯的应用前景
取代硅用电子产品 传感器 用于电极材料
管的源极和漏极电极和与有机半导体的界面材料得到科学家的
关注。金属电极与有机半导体界面间存在较大接触电阻,制作电 极的材料必须具有高的载流子注入率,并且与有机半导体接触有
优异的界面属性。石墨烯因其稳定的结构和高的导电性成为未
来电极材料的主角。 石墨烯电极的场效应管的输出电压比铜和银输出电压明显高
出很多，且石墨烯与有机半导体间空穴注入势垒低，二者的共
。
目前，自由态的单层石墨烯在室温下的热导率可以 高达5000W/mK，是目前热导率最高的材料，但是附着 在 SiO2 基 体 上 的 石 墨 烯 的 测 试 热 导 率 却 只 有 600W/mK。Ghosh利用基于微拉曼光谱的无触点技术， 测 得 的 石 墨 烯 的 热 导 率 可 以 达 到 3080-5150W/mK 。 Saito 等人利用声子和电子的色散关系对石墨烯的热 导率进行了计算，结果表明石墨烯的热导率不存在方 向性，即在任何方向上的热导率都相同。
石墨烯的能带结构和布里渊区
石墨烯的功能及其应用201104002
石墨烯的功能及其应用材科111 甘立雪201104002摘要：石墨烯（碳的二维同素异形体）因具有优良的电学、热学和机械性能,以及高透光率和超大比表面积等而备受人们关注。
尤其是2004 年稳定存在的石墨烯被成功地获得,更是掀起了石墨烯的研究高潮。
获得低成本、大面积、高质量的石墨烯,并将其用于实际生产是研究人员奋斗的目标。
本文主要对近几年一些改进的或新的石墨烯的制备方法以及其主要的性能及其潜在应用做了综述,从中可以看到石墨烯的巨大发展潜力。
关键词：石墨烯制备方法功能应用1前言碳是一种很常见的元素，以各种形式广泛存在于大气和地壳，也是构成生命有机体的主要元素。
除了最早被人们所知道的两种碳单质——石墨和金刚石以外，炭黑，活性炭，碳纤维，玻璃碳等也都属于碳材料。
随着纳米材料与技术在20世纪80年代取得的极大进展，纳米碳材料于同一时期开始进入历史舞台：1985年，三位英美科学家发现了碳的零维晶体结构——富勒烯【1】，并于1996年获得诺贝尔化学奖；1991年，饭岛澄男发现了碳的一维管状纳米结构——碳纳米管【2】，并于2008年获得卡弗里纳米科学奖；2004年，碳的二维晶体结构——石墨烯(Graphene)，被两位英国科学家安德烈·盖姆(Andre·Geim)和康斯坦丁·诺沃肖罗夫(Konstanitin Novoselov)发现并于201 0获得诺贝尔物理学奖。
作为碳的二维晶体结构，石墨烯与富勒烯、碳纳米管、石墨一起最终将碳的同素异形体构成了一幅点、线、面、体相结合的完美画面(如图1)。
图1 碳的零维、一维、二维、三维晶体结构石墨烯是一种由单层碳原子SP2杂化堆积成的具有二维蜂窝状晶体结构的碳质材料[3]。
理想的石墨烯结构是平面六边形点阵,每个碳原子都与3 个相邻的碳原子之间形成3个连接十分牢固的σ键,剩余的一个P 电子在垂直石墨烯平面的方向上,与周围原子形成贯穿全层的大π键,此电子可以自由移动,赋予石墨烯良好的导电性。
石墨烯发现的故事
石墨烯发现的故事
石墨烯，一种只有一个原子层厚的二维材料，近年来在全球范围内备受关注。
其独特的光滑表面、高强度、导电性和超薄特性使其在科学研究和应用领域具有广泛的前景。
石墨烯的发现故事充满了传奇色彩，今天我们就来回顾一下这一重要的科学历程。
石墨烯的发现可以追溯到2004年，当时安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功实验制得石墨烯。
他们采用胶带剥离法制备出这种只有一个原子层厚的材料，这一突破性成果使他们荣获2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯的发现为全球科学家打开了一个全新的研究领域，激发了人们对二维材料的研究热情。
石墨烯的特性使其在众多领域具有广泛应用。
首先，石墨烯具有极高的强度和韧性，是目前已知强度最高的材料。
这一特性使其在航空航天、汽车制造等高强度结构件领域具有巨大潜力。
其次，石墨烯具有良好的导电性，可以应用于高性能电子器件的制造。
此外，石墨烯还具有优异的热传导性能，有望解决现代电子设备散热问题。
石墨烯的发现对于我国科技发展具有重要意义。
我国政府高度重视石墨烯产业的发展，将其列为战略性新兴产业。
近年来，我国石墨烯研究取得了世界领先的成果，推动了石墨烯材料的产业化进程。
在新能源、智能制造、生物医疗等领域，石墨烯的应用正在逐步改变我们的生活。
总之，石墨烯的发现不仅为科学研究提供了新的方向，也为我国科技发展带来了前所未有的机遇。
石墨烯的发现
石墨烯的发现、基本结构和性质石墨烯是由一层碳原子构成的二维碳纳米材料。
根据严格意义上的二维原子晶体理论，热力学上严格和独立的二维原子晶体是不稳定的，但是准二维（quaitwodimension）原子晶体材料，即具有褶皱的或附着在其他基底上的二维材料是可以存在的。
2004年Geim等获得的石墨烯就属于上述准二维原子晶体材料。
石墨烯(graphene)这个术语早在2004年之前就已被使用。
目前，中文相应的定义还有待明确和标准化。
20世纪60—70年代，有关石墨烯的研究主要分3个方面：①理论研究；②关于石墨插层（graphiteintercalationcompound）和石墨氧化物(graphiteoxide)在化学和材料方面的研究；③利用显微镜电镜等对碳薄膜材料的研究。
80—90年代由于富勒烯和碳纳米管的发现，人们开始对各种潜在的碳同素异形体进行大规模的探索。
这期间，人们获得了数纳米厚的（几十层）的石墨片（nanoflake）。
严格意义上的石墨烯，即单原子厚度的石墨烯的发现应归功于Geim团队在2004年利用极其简单的taping方法获得的成果。
他们不仅获得了近乎完美的石墨烯，更重要的是他们观察到了石墨烯这一系列前所未有的电学性质。
石墨烯优良性质的发现掀起了科学家继富勒烯和碳纳米管之后对碳同素异形体材料探索研究的第三次浪潮。
石墨烯的基本结构和性质石墨烯的原子排列与石墨的单原子层相同，是碳原子sp2杂化轨道按蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体。
石墨烯可想象为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。
石墨烯的命名来自英文的graphite(石墨)+ene（烃类词尾），因此，石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。
石墨烯是由sp2碳原子以蜂巢晶格构成的二维单原子层结构。
每个碳原子周围有3个碳原子成键，C—C键长1.42Å，键角120°；每个碳原子以3个sp2杂化轨道和邻近的3个碳原子形成3个σ键，剩下的1个p轨道和邻近的其他碳原子一起形成共轭体系，每个碳原子贡献1个P电子。
石墨烯发现过程
石墨烯发现过程石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体结构材料，具有极高的导电性和强度，被誉为“二十一世纪的奇迹材料”。
石墨烯的发现过程是一个曲折而令人惊叹的故事。
2004年，曾获得诺贝尔物理学奖的英国物理学家安德鲁·盖门和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，与他们的学生安德烈·赫姆尔和谢尔盖·诺沃肖洛夫在实验室进行了一项名为“机械剥离”的实验。
他们使用一块胶带，反复剥离一块石墨试样的表面，希望能够得到更薄的碳层。
然而，他们在实验中发现，无论剥离多少次，最终得到的都是一个只有一个原子厚度的碳层。
这个层就是石墨烯。
石墨烯的发现引起了科学界的广泛关注。
人们意识到，这种材料具有许多惊人的物理和化学特性，可能会对电子学、光学、能源等领域带来革命性的变革。
因此，盖门和诺沃肖洛夫的发现被授予了诺贝尔物理学奖。
接下来的几年里，科学家们对石墨烯的性质进行了深入研究，并试图开发出制备石墨烯的新方法。
他们发现，除了机械剥离外，还可以使用化学气相沉积、溶液剥离等方法制备石墨烯。
这些新方法大大提高了石墨烯的制备效率和质量，为石墨烯的应用研究提供了更多可能性。
石墨烯的发现也催生了一系列的研究领域和应用。
在电子学领域，石墨烯的高导电性使其成为制备高性能晶体管和传感器的理想材料。
在光学领域，石墨烯的宽带隙和高透明性使其成为制备高效光伏器件和柔性显示屏的理想选择。
此外，石墨烯还具有出色的热传导性能和机械强度，可应用于能源储存、复合材料和生物医学等领域。
然而，石墨烯的大规模制备和应用仍然面临许多挑战。
首先，目前制备石墨烯的方法仍然相对复杂和昂贵，需要进一步改进和优化。
其次，石墨烯的性质和应用仍然存在许多未知的领域，需要更多的研究和探索。
最后，石墨烯的商业化应用还面临市场需求和成本等方面的考量。
石墨烯的发现过程是一个充满挑战和机遇的故事。
科学家们通过不断的实验和研究，最终发现了这种具有独特性质的材料，并为其应用研究开辟了新的道路。
(人教版)哈尔滨高中化学必修一第四章《物质结构元素周期律》经典习题(含答案解析)(1)
一、选择题1．X、Y、Z、W、M为原子序数依次增大的短周期主族元素。
已知：①元素对应的原子半径大小为：X＜Z＜Y＜M＜W；②Y是组成金刚石的元素；③Z与X可形成共价化合物Z2X2，Z与W可形成离子化合物W2Z2；④M的电子层数与最外层电子数相等。
下列说法不正确的是( )A．Z与X形成的化合物的稳定性比Y与X形成的化合物的稳定性低B．W2Z2既含有离子键又含有共价键C．Z与M形成的化合物具有两性D．W、M的离子半径为M＜W2．下列说法错误的是( )A．侯德榜发明了联合制碱法B．诺贝尔提出了原子学说C．屠呦呦合成了双氢青蒿素D．门捷列夫制作了世界上第一张元素周期表3．12C是一种放射性同位素，在高层大气中由宇宙射线产生的中子或核爆炸产生的中子轰击14N可使它转变为12C。
下列说法正确的是A．14C和14N互为同位素B．12C与C60互为同素异形体C．人体内，由于新陈代谢作用也存在12CD．可利用死亡生物体中12C不断衰变的原理对文物进行年代测定4．原子序数依次增大的短周期元素W、X、Y、Z，依次对应形成a、b、c、d 4种单质；Y元素原子最外层电子数等于其电子层数；向甲的溶液中通入丙气体，产生白色沉淀，它们之间的转化关系如图所示。
下列说法正确的是A．元素对应的简单离子的半径：Z＞Y＞XB．电解熔融的甲可以获得c、dC．Y的最高价氧化物对应的水化物与酸、碱均反应D．丁中含有配位键，属于配合物5．下列对结构与性质的大小排序不正确的是A．键角：NH3＞H2O＞P4B．阴离子配位数：CsCl＞NaCl＞CaF2 C．第一电离能：Se＞As＞Ge D．酸性：H2SO4＞H2SO3＞HClO6．镓(Ga)常以极少量分散于铝土矿(Al2O3)中。
用NaOH溶液处理铝土矿时，生成NaAlO2、NaGaO2；而后通入CO2得Al(OH)3沉淀，而NaGaO2留在溶液中(循环多次后成为提取镓的原料)。
发生后一步反应是因为(已知：铝和镓的性质相似，如M(OH)3都是难溶的两性氢氧化物)A．Ga(OH)3酸性强于Al(OH)3B．Al(OH)3酸性强于Ga(OH)3C．Ga浓度小，所以不沉淀D．Al(OH)3是难溶物7．X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期元素，它们的最高价氧化物对应水化物分别为甲、乙、丙、丁，W的单质及某些化合物可用于自来水的消毒，常温下用0.1 mol/L甲溶液滴定同浓度的20 mL乙溶液，滴定曲线如图所示，甲、乙、丁均可与丙反应，下列说法正确的是（）A．原子半径：W>Z>Y>XB．简单氢化物的沸点：X<WC．金属性：Y>ZD．Z、W所形成的化合物电解可冶炼Z8．短周期主族元素R、X、Y和Z在周期表中相对位置如图所示。
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石 墨烯 的三 角连接会产生 不寻 常的现象 ：造成 电子 的能量 随 Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． １ ０ ３ ８ ／ ｓ ｒ ｅ ｐ ｌ １ ２ ３ ２ ） 。 其动量 呈线性变 化 ，使 电子 出现类似接近光速 运动 的行 为。 在 所有污染 中，空气 污染 已经成 为很多现代都 市的主要 迪拉 克方程描述 了这种相对论 电子 ，所 以电子 产生这种行为 问 题 ，不 仅 仅 局 限 在 中 国 ，而 是 世 界 性 的 ，受 其 影 响 的 人 时的动量值被称 为 “ 迪拉克点 ”。大部分材料 结构都没有迪 口达数 十亿 。例 如 ，在 ２ ０ １ ３年 ，北京有 超过 ２ １ ９天 Ｐ Ｍ２ ． ５ 拉 克点 。这种线性 行为会大大 影响 电子分布和 它们与 品格 振 浓度 超 过世 界卫 生 组织 给 出的极 限值 。空气 污染 问题 已经 动 之间的相 互作用。 受到 了中国社会 的空前关注 。在所有 的有害空 气污染物 中 ，
寻 常 的 性 质 ，可 能 比 金 刚 石 更 稳 定 。 相 关 论 文 发表 在 最 近 的 发 表 在 Ｎａ ｔ ｕ ｒ ｅ出 版 集 团期 刊 Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ Ｒｅ ｐ ｏ ｒ ｔ ｓ上 ，论 文 《 物理评论快报》上 。 题 目为 对 空气污 染物 Ｐ Ｍ２ ． ５颗粒 的 纳米表 征揭 示 出煤 烟
量Ｐ Ｍ２ ． ５颗粒 的表面粗糙 度和粘 附力 ，首伦 说 ：“ 我 们 的研 究 有 两 层 含 义 。 空 气污 染物 的 纳米 力学 性质 ，而且通 过使 用 原子 力显 微镜
首 先 ，这是第 一个展示迪 拉克环 的简 单系统。迪拉 克环 是 电 （ Ａ Ｆ Ｍ）评估 了哪类 Ｐ Ｍ２ ． ５ 大气 污染物最 具毒害性 。 子系统 中尚未见到 的一种性质 ，对 电子流经系统 的方式 以及 该 研究 认为 Ｐ Ｍ２ ． ５空气污 染 物主要 分为 四类 ：蓬松 的
的光 电转换 效率 ，而且器 件效率不 受 电压扫描条件 影响 。新
３ Ｄ结 构可能会让超 蜂窝 同素异形体极其稳定 ，甚至超过
型碳材料石 墨炔 的引入有 效地提高 了钙钛矿 电池 的性能 ，为 金 刚石和石墨 。 穆伦说：“ 我们 正在 尝试 计算其硬 度 （ 拉伸性 ）
下一步新型 碳材料 的应用 开发 以及钙钛 矿 电池器件 的研 究提 和 强度 （ 抗断裂性 ）。”他们预 计 ，要合成这 种碳 同素异 形
美科学家发现石墨烯 三维异型体新结构 慧 玲课 题 组、王 建祥 课题 组 与苏 州 大学 Ｍａ ｒ ｉ ｏ Ｌ ａ ｎ ｚ ａ课 题
最近 ，美国俄克拉荷 马大学科 学家提 出，石 墨烯可 能还 组 、 中国疾病预 防控制 中心吴亚西课题 组 ，以及美 国罗格斯 有一类 三维 的异 型体 ，它们属于 一个新家族 。这 些结构有可 大学林 灏 博士 合 作 ，对 空 气污 染物 Ｐ Ｍ２ ． ５（ 细颗粒 物 ）进 能在实 验 中合成 ，其 中最简单 的 “ 超蜂窝”结构拥 有许多不 行 纳米 性 能表征 ，取得 了重 要发 现 ，研 究成 果于 ７月 １ ６日
供了新的思路。
体新家族是个很大挑 战，但用 目前 的技术也是可能的。
以上研 究得 到 了国家 自然科学 基金、浙江省 自然科学基
金 、宁 波市 自然科学 基金 、中科 院 “ 百人计划 ”和 中科 院青
年创新促进会支持 。
北京大学对细颗粒物空气污染物进行纳 米表征获重要发现
工学 院力学 与工程科学 系、应用物理 与技术研究 中心段
研 究 人 员 想 知 道 ，把 碳 基 平 面 三 角 结 构 上 的 迪 拉 克 点 扩 空气动力学 直径小于 等于 ２ ． ５微米 的细小 颗粒 （ Ｐ Ｍ２ ． ５ ）对 展 到三维空 间 ，形成迪拉 克环 会怎样 。实验 中至今 尚未 观察 人类健康 最具危 害性 ，因为它们可 以侵入最小 的气管而进入
一
六角形在垂 直和水平结合 方式上有多种 可能。如最 简单的超 素 ，颗粒 的形状 、表 面性质等形 貌因素也 因其 动力学行 为和 蜂 窝结构 ，只有两个碳原 子互相垂直组成 ，其 晶格有 点像微 热 力 学 性 质 对 颗 粒 的 危 害 性 行 为 有 显 著 影 响 。该 研 究 通 过 测 小 的双 面书架。
到迪拉 克环 ，只 是预 测其存在于少数精微材料 中。分析认为 ， 肺部 。 当三角连接碳 原子链互相 垂直堆叠时 ，理论上 可 以形成迪 拉 在过 去 的几年 中，有 很多研 究 报道 了 Ｐ Ｍ２ ． ５的数量 、 克 环 。这 种排列 不 同于 石墨 ，石 墨虽 然也是 ３ Ｄ结构 ，但 是 尺寸 、形状 、成分 、来源 以及对 人类健康 的影响 。虽然 化学 层层堆叠 的。而垂直堆 叠链有许多 不同的维度 ，因为蜂窝 毒性对 健康影 响重大 ，但并不是对 颗粒危 害性 唯一 的影 响因
石 墨烯是一 种单 层六角 形的 ２ Ｄ结 构 ，每个 碳原 子与其 聚集 物 的高 粘 附性和 聚 合 性》（ Ｎａ ｎ ｏ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ 他 ３ 个 碳原子相 连。这种 “ 平面三 角连接”赋 予它 许多独特 ｏ ｆ Ｐ Ｍ２ ． ５ ａ ｉ ｒ ｂ ｏ ｒ ｎｅ ｐ ｏ ｌ ｌ ｕ ｔ ａ ｎ ｔ ｓ ｒ ｅ ｖ ｅ ａ ｌ ｓ ｈｉ ｇ ｈ ａ ｄ ｈｅ ｓ ｉ ｖ ｅ ｎ ｅ ｓ ｓ 的属性 ，尤其是 电学性质 ，使其成为一种卓越的半导体材料 。