石墨烯结构
石墨烯基础知识简介
1.石墨烯（Graphene）的结构石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的二维材料。
如图1.1所示，石墨烯的原胞由晶格矢量a1和a2定义每个原胞内有两个原子，分别位于A和B的晶格上。
C原子外层3个电子通过sp²杂化形成强σ键（蓝），相邻两个键之间的夹角120°，第4个电子为公共，形成弱π键（紫）。
石墨烯的碳-碳键长约为0.142nm，每个晶格内有三个σ键，所有碳原子的p轨道均与sp²杂化平面垂直，且以肩并肩的方式形成一个离域π键，其贯穿整个石墨烯。
如图1.2所示，石墨烯是富勒烯（0维）、碳纳米管（1维）、石墨（3维）的基本组成单元，可以被视为无限大的芳香族分子。
形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂巢状的晶格结构，看上去就像由六边形网格构成的平面。
每个碳原子通过sp²杂化与周围碳原子构成正六边形，每一个六边形单元实际上类似一个苯环，每一个碳原子都贡献一个未成键的电子，单层石墨烯的厚度仅为0.335nm，约为头发丝直径的二十万分之一。
图 1.1（a）石墨烯中碳原子的成键形式（b）石墨烯的晶体结构。
图1.2石墨烯原子结构图及它形成富勒烯、碳纳米管和石墨示意图石墨烯按照层数划分，大致可分为单层、双层和少数层石墨烯。
前两类具有相似的电子谱，均为零带隙结构半导体（价带和导带相较于一点的半金属），具有空穴和电子两种形式的载流子。
双层石墨烯又可分为对称双层和不对称双层石墨烯，前者的价带和导带微接触，并没有改变其零带隙结构；而对于后者，其两片石墨烯之间会产生明显的带隙，但是通过设计双栅结构，能使其晶体管呈示出明显的关态。
单层石墨烯（Graphene）：指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。
双层石墨烯（Bilayer or double-layer graphene）：指由两层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。
石墨烯的晶体结构
石墨烯的晶体结构石墨烯是由碳原子组成的二维晶体结构，具有独特的物理和化学性质。
它是一种单层的碳原子排列，呈现出类似蜂窝状的六角形晶格。
石墨烯的晶体结构由于其独特性质而受到广泛研究和应用。
石墨烯的晶格结构是由碳原子通过共价键连接而成的。
每个碳原子都与其相邻的三个碳原子形成共价键，共享电子。
这种共价键的形成使得石墨烯的晶格结构非常稳定，并且具有很高的机械强度。
石墨烯的晶格结构中，每个碳原子有两个共价键与相邻的碳原子连接，这使得石墨烯具有很高的电子迁移率，使其成为一种非常好的导电材料。
石墨烯的晶格结构中，每个碳原子的六个邻居碳原子排列成一个六角形的环。
这种六角形环的重复排列形成了整个石墨烯的晶格结构。
在石墨烯的晶格结构中，碳原子之间的距离为0.142纳米，这使得石墨烯具有非常高的表面积。
石墨烯的晶格结构中，每个碳原子都是三个碳原子的邻居，这种紧密的排列使得石墨烯具有非常高的结构稳定性。
石墨烯的晶体结构中，每个碳原子都具有一个未成对的电子。
这使得石墨烯具有很高的化学反应性。
石墨烯的晶体结构中，碳原子之间的共价键非常紧密，使得石墨烯具有非常高的弹性模量。
这种高弹性模量使得石墨烯可以在拉伸和压缩等应力下保持其原子结构的稳定性。
石墨烯的晶体结构还具有非常好的光学性能。
石墨烯是一种透明材料，可以在可见光范围内透过大部分光线。
石墨烯的晶格结构中，碳原子之间的共价键非常紧密，使得石墨烯具有非常高的电子迁移率和电导率。
这使得石墨烯可以作为一种非常好的透明导电材料。
总结起来，石墨烯的晶体结构是由碳原子组成的二维六角形晶格，具有稳定性高、机械强度高、电子迁移率高、化学反应性好、光学性能好等特点。
石墨烯的晶体结构在材料科学、电子器件、能源存储等领域具有广泛的应用前景。
通过对石墨烯晶体结构的深入研究，我们可以进一步发展和创新石墨烯材料的性能和应用。
石墨烯基础知识简介
For personal use only in study and research; not for commercial use1.石墨烯（Graphene）的结构石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的二维材料。
如图1.1所示，石墨烯的原胞由晶格矢量a1和a2定义每个原胞内有两个原子，分别位于A和B的晶格上。
C原子外层3个电子通过sp²杂化形成强σ键（蓝），相邻两个键之间的夹角120°，第4个电子为公共，形成弱π键（紫）。
石墨烯的碳-碳键长约为0.142nm，每个晶格内有三个σ键，所有碳原子的p轨道均与sp²杂化平面垂直，且以肩并肩的方式形成一个离域π键，其贯穿整个石墨烯。
如图1.2所示，石墨烯是富勒烯（0维）、碳纳米管（1维）、石墨（3维）的基本组成单元，可以被视为无限大的芳香族分子。
形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂巢状的晶格结构，看上去就像由六边形网格构成的平面。
每个碳原子通过sp²杂化与周围碳原子构成正六边形，每一个六边形单元实际上类似一个苯环，每一个碳原子都贡献一个未成键的电子，单层石墨烯的厚度仅为0.335nm，约为头发丝直径的二十万分之一。
图 1.1（a）石墨烯中碳原子的成键形式（b）石墨烯的晶体结构。
图1.2石墨烯原子结构图及它形成富勒烯、碳纳米管和石墨示意图石墨烯按照层数划分，大致可分为单层、双层和少数层石墨烯。
前两类具有相似的电子谱，均为零带隙结构半导体（价带和导带相较于一点的半金属），具有空穴和电子两种形式的载流子。
双层石墨烯又可分为对称双层和不对称双层石墨烯，前者的价带和导带微接触，并没有改变其零带隙结构；而对于后者，其两片石墨烯之间会产生明显的带隙，但是通过设计双栅结构，能使其晶体管呈示出明显的关态。
单层石墨烯（Graphene）：指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。
石墨烯的结构与性能.
大面积石墨烯的制备—CVD法
原 理 将碳氢气体吸附于具有催化活性的非金属或金属表 面，加热使碳氢气体脱氢在衬底表面形成石墨烯.
生长条件
生长机体 碳源
气压
烃类气体
甲烷( CH4) 乙烯( C2H4) 乙炔( C2H2)
镍膜 铜箔
载气 温度
பைடு நூலகம்面积石墨烯的制备—CVD法
Cu
Ni
大面积石墨烯的制备—CVD法：
石墨烯性能简介
• • • • 光学性能 电学性能 力学性能 热学性能
光学性能
• 石墨烯具有优异的光 学性能。 • 理论和实验结果表明 ，单层石墨烯吸收 2.3%的可见光，即透 过率为97.7%。 • 如图从基底到单层石 墨烯、双层石墨烯的 可见光透射率依次相 差2.3%。
电学性能
• 石墨烯的每个碳原子均为sp2杂化，并贡献 剩余一个p轨道电子形成一个大键，电子可 以自由移动，赋予石墨烯优异的导电性。 • 电子在石墨烯中传输时不易发生散射，迁 移率可达200000cm2/(V*s)，约为硅中电子 迁移率的140倍，其电导率可达104S/m， 是室温下导电性最佳的材料。
电学性能 • 石墨烯的导电性可通过化学改性的 方法进行控制，并可同时获得各种 基于石墨烯的衍生物。 • 双层石墨烯在一定条件下还可呈现 出绝缘性。
力学性能 • 石墨烯是已知材料中强度和硬度最 高的晶体结构。 • 其抗拉强度和弹性模量分别为 125GPa和1.1TPa。 • 石墨烯的强度极限为42N/m2.。
得到单层或少层 较理想石墨烯，但难 实现大面积制备、能 耗高、不利转移
外延法
单层,生长连续、 均匀、大面积
碳化硅外延法
金属外延法
原理
SiC加热 蒸掉Si, C重构生 成石墨烯
石墨烯导电的原因
石墨烯导电的原因
石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体结构，具有卓越的导电性能。
石墨烯导
电的原因是由于其结构及碳原子的特殊排列方式所导致。
1. 石墨烯的结构
石墨烯的结构类似于蜂窝状的网格，由六角形碳原子构成。
每个碳原子有三个sp2杂化轨道与周围三个碳原子形成紧密的共价键。
这样的排列形成了一个二维的晶体结构，具有高度的电子输运性能。
2. 石墨烯的电子结构
石墨烯是一个零带隙半导体，其导电性能来自于其独特的电子结构。
石墨烯的
π电子云主要分布在周围的碳原子上，形成一个锯齿状的能带。
在费米能级附近，仅存在一种电子类型，即Dirac费米子，其能量与动量的关系为：
E(k) = ħνF ± vF|k|
其中ħ为普朗克常数除以2π，vF为费米速度，其约为10^6m/s，|k|为动量值。
这样的能量-动量关系是有向的，即sp2杂化轨道将π电子云限制在了平面内，而Dirac费米子呈锥形分布，从而导致了石墨烯的不寻常的导电性能。
3. 石墨烯的束缚势
石墨烯的导电性能还受到其束缚势的影响。
石墨烯中束缚势的起伏会导致电子
云的形状和位置发生变化，从而影响石墨烯的导电性能。
最近的研究表明，石墨烯表面可以通过残留气体分子上的电荷来精细调制束缚势，从而实现具有活跃响应的传感器和纳米电子器件。
总之，石墨烯的导电性能基于其独特的结构、电子结构以及束缚势。
这种导电
性能使得石墨烯在电子学和纳米电子技术方面表现出色，具有广泛的应用前景。
石墨烯的原子结构
石墨烯的原子结构石墨烯是由碳原子构成的二维材料，其原子结构具有独特的特点和性质。
石墨烯的原子结构是由一个个碳原子组成的六角形晶格，形成一个平面的二维结构。
每个石墨烯的碳原子都形成了三个σ键和一个π键。
它们以sp2杂化形式存在，其中三个碳原子的sp2杂化轨道与相邻碳原子形成σ键，第四个碳原子的p轨道与相邻碳原子形成π键。
这种杂化形式使得石墨烯呈现出了特殊的结构和性质。
在石墨烯的晶格中，每个碳原子都与三个相邻碳原子形成σ键，这使得石墨烯的结构非常稳定。
同时，石墨烯的晶格中还存在着大量的π键，这些π键的存在使得石墨烯具有良好的电导性。
石墨烯的原子结构还赋予了它许多独特的性质。
首先，石墨烯是一种具有高度弹性的材料，可以被拉伸到很大的程度而不断裂。
其次，石墨烯具有非常高的导热性和导电性，是目前已知的最好的导电材料之一。
此外，石墨烯还具有很高的光吸收能力和光电转化效率，因此在太阳能电池和光电器件领域有着广泛的应用前景。
石墨烯的原子结构也决定了它的力学性质。
由于石墨烯的碳原子排列方式紧密有序，因此它具有很高的强度和硬度。
石墨烯的强度是钢铁的200倍，而密度却只有钢铁的1/6。
这种优异的力学性质使得石墨烯成为一种理想的材料，可用于制作轻型高强度结构材料。
石墨烯的原子结构还决定了它的光学性质。
由于石墨烯是一个二维材料，因此它在光学方面表现出许多独特的特点。
石墨烯的吸收光谱范围非常广，从紫外线到远红外都能有效吸收光线。
同时，石墨烯还具有很高的光学透明度，能够透过可见光的大部分波长。
这使得石墨烯在光电子器件和光学传感器等领域有着广泛的应用前景。
石墨烯的原子结构是由六角形晶格中的碳原子构成的二维结构。
这种特殊的原子结构赋予了石墨烯许多独特的性质，包括高强度、高导电性、高导热性、高光吸收能力等。
石墨烯的原子结构不仅具有理论价值，还有着广泛的应用前景，将在材料科学、能源领域和光电子器件等方面发挥重要作用。
石墨烯晶格结构
石墨烯晶格结构
1石墨烯晶格
石墨烯是一种二维结构的石墨材料，是碳原子排列的一种晶格形态，是一种碳纳米管的立体模型，由一组六边形的圆环构成，如果只使用一层，则可以构成石墨烯的晶格结构。
2晶格结构
石墨烯的晶格结构具有独特的特性，可以构成一种高度可穿透的结构。
石墨烯的这种晶格结构几乎比氢原子还要小，是一种超级柔软的物质，其强度和导电性能也令人印象深刻。
由于石墨烯具有良好的热导率、导电性能和传感性能，已被广泛应用于科技场景。
3材料性质
由于石墨烯具有以上优异的材料性质，因此石墨烯已成为一种非常具有发展前景的材料，科学家正在尝试开发出更多关于这种材料的应用，这种材料对许多行业具有潜在的应用前景，尤其是电子元器件的制造。
4应用
石墨烯的晶格结构可用于多种领域，例如制造可穿戴设备、柔性电子设备、超级电容器等。
此外，由于石墨烯具有好的气体吸附性，因此它还可以用于空气净化，净水过滤等领域。
综上所述，石墨烯的晶格结构作为一种具有多种应用的高度可穿透的材料，它已成为一种非常前景的材料，可用于大量的电子元器件制造，以及空气净化和净水过滤等领域。
石墨烯
引言石墨烯是单层碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶体结构的一种炭质材料,碳原子排列与石墨的单原子层一样。
石墨烯是碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的, 其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环, 这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335nm，仅为头发的二十万分之一，是目前所发现的最薄的二维材料，是构建其他维数炭质材料（如零维富勒烯，一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性及电学质量和优异的电学、力学性能和结晶性。
2004 年, Manchester 大学的Geim 小组首次用机械剥离法获得了单层或薄层的新型石墨烯.石墨烯是一种没有能隙的半导体，具有比硅高 100 倍的载流子迁移率 (2 × 10 5cm 2／v),在室温下具有微米级自由程和大的相干长度，因此石墨烯是纳米电路的理想材料，石墨烯还具有良好的导热性[3000W ／(m ·K)] 、高强度(110GPa) 和超大的比表面积(2630mZ ／g) 。
这些优异的性能使得石墨烯在纳米电子器件、气体传感器、能量存储及复合材料等领域有光明的应用前景。
一、石墨烯的合成目前制备石墨烯的主要方法有: 化学气相沉积法, 微机械剥离法以及液相条件下的有机分子分散法, 溶剂热法和氧化还原法等.化学气相沉积法是以能量激化气体反应先驱物发生化学反应在基底表面形成石墨烯薄膜的一种薄膜成长方法. Keun 等,Kim 等通过 CH4分解，还原 CO等反应生成气态碳原子, 产物沉积在基底表面，生成二维石墨烯薄膜，然而现阶段工艺不成熟及较高的成本限制了其规模应用。
微机械剥离法是采用离子束对物质表面刻蚀，并通过机械力对物质表面进行剥离制备石墨烯 .Geim 等用微机械剥离法从高定向热解石墨上剥离得到单层石墨烯，但由于工艺复杂制备的石墨烯产率低不能够满足工业化需求。
在一定程度上限制了规模化生产。
有机分子分散法是将石墨在有机溶剂中超声分散得到石墨烯的一种方法。
石墨烯及其应用
⽯墨烯及其应⽤⼀.⽯墨烯的结构及性能简介：⽯墨烯是由单质C 构成的层状平⾯结构，每个C 通过2sp 杂化与周围C 原⼦构成正六边形的环，没个C 原⼦贡献剩余的⼀个p 轨道电⼦⾏成⼤π键，π电⼦可以⾃由移动，因⽽⽯墨烯有良好的导电性。
单层⽯墨烯厚度仅0.35mm ，约为头发丝直径的⼆⼗万分之⼀。
在⽯墨烯的每个六边形结构单元中含有2个C 原⼦，因为每个C 原⼦有1/3属于该六边形中，六边形的⾯积为0.052平⽅纳⽶，⽯墨烯的密度为0.77毫克每平⽅⽶。
⽯墨烯的结构⾮常稳定，碳碳键仅为1.42?。
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。
另外，⽯墨烯中的电⼦在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引⼊外来原⼦⽽发⽣散射。
由于原⼦间作⽤⼒⼗分强，在常温下，即使周围碳原⼦发⽣挤撞，⽯墨烯内部电⼦受到的⼲扰也⾮常⼩。
电⼦在⽯墨烯中运动时不易被散射，其迁移率可达)/(cm 10225s V ?? ，是Si 中电⼦迁移率的140倍。
⽯墨烯最⼤的特性是其中电⼦的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电⼦在⼀般导体中的运动速度。
这使得⽯墨烯中的电⼦，或更准确地，应称为“载荷⼦”(electric charge carrier)，的性质和相对论性的中微⼦⾮常相似。
此外，⽯墨烯在是温下还是导电性很好的材料。
⽯墨烯还是已知材料中强度和硬度最⾼的材料，1平⽅厘⽶的⽯墨烯层⽚能承重4kg 。
因此在复合材料领域有很强的应⽤价值。
⼆.⽯墨烯的制备⽅法：I .机械剥离法虽然⽯墨烯同⼀六边形内的C 原⼦之间作⽤⼒很强，但由于其特殊的层状结构，层与层之间的范德⽡尔斯⼒却是很弱，因此便提供了⼈们直接将⽯墨烯撕下来的可能。
盖姆等⼈提供了⼀种简单的⽅法，就是⽤胶带黏住是名⽚的两侧反复剥离从⽽得到⽯墨烯。
这种⽅法得到的⽯墨烯⼀般在⼏微⽶⼗⼏微⽶之间，最⼤能到毫⽶量级，⼈们⽤⾁眼便可观察。
石墨烯化学结构
石墨烯化学结构
石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维结构材料，具有极高的导电性、热导率和机械强度。
其化学结构是由六个碳原子构成的六角形基元重复排列而成的，也被称为芳香性碳环。
石墨烯的化学结构理解是研究其性质和应用的基础。
在石墨烯的化学结构研究中，人们不断发现其具有多种形态和衍生物，如氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、功能化石墨烯等。
这些衍生物的化学结构决定了它们的性质和应用。
因此，深入研究石墨烯及其衍生物的化学结构对于探索其应用前景和开发新型材料具有重要的意义。
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石墨烯简介
石墨烯石墨烯石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构，是一种“超级材料”，硬度超过钻石，同时又像橡胶一样可以伸展。
它的导电和导热性能超过任何铜线，重量几乎为零。
这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335纳米，把20万片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。
1 简介2 发现历史3 结构4 特性5 制备方法石墨烯石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以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。
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。
石墨烯是世上最薄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15 000 cm2/（V·s），又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。
因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，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。
石墨烯立基于石墨，厚度极小，300万片石墨烯堆叠在一起的厚度也不过1毫米20世纪初，X射线晶体学创立以来，科学家就已经开始接触石墨烯了。
1918年，V. Kohlschütter和P. Haenni详细地描述了石墨氧化物纸的性质（graphite oxide paper）。
1948年，G. Ruess和F. Vogt发表了最早用穿透式电子显微镜拍摄的少层石墨烯图像。
最初，科学家试着使用化学剥离法（chemical exfoliation method）来制造石墨烯。
石墨烯结构特征
石墨烯结构特征
石墨烯是由碳原子构成的二维平面晶体，具有以下结构特征：
1. 石墨烯的碳原子排列呈六边形，类似于蜂窝状结构，这种结构使得石墨烯具有极高的稳定性和强度。
2. 每个碳原子上分别存在三个σ键和一个π键，这种键型是石墨烯具有高电导率的重要原因。
3. 石墨烯的厚度非常薄，仅为一个碳原子的厚度，使其表现出许多特殊的物理和化学性质。
4. 石墨烯的电子结构非常特殊，呈现出零带隙半导体的特征，这种性质使得石墨烯在电子器件的应用具有很大的潜力。
5. 石墨烯独特的结构特征使其具有许多特殊的机械、光学和热学性质，如高比表面积、高透光性和高导热性等。
总之，石墨烯是一种具有独特结构特征的材料，具有许多特殊的性质和应用潜力，在科学研究和工业应用中具有极其重要的地位。
石墨烯 大π共轭结构
石墨烯大π共轭结构
石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有许多独特的性质，其中大π共轭结构是其重要特征之一。
首先，让我们来解释一下石墨烯的结构。
石墨烯是由一个由碳
原子构成的六角形晶格组成的单层薄片，这些碳原子通过共价键相
互连接。
每个碳原子有四个价电子，其中三个用于与相邻碳原子形
成σ键，而剩下的一个电子则参与形成大π共轭结构。
大π共轭结构是指石墨烯中碳原子之间的π键构成的大范围
的共轭体系。
由于石墨烯中碳原子呈现出平面排列，并且每个碳原
子都形成三个σ键和一个π键，这些π键在整个结构中形成了连续的大π电子体系。
这种大π共轭结构赋予了石墨烯许多独特的
电学、光学和热学性质。
在电学方面，石墨烯由于其大π共轭结构而表现出优异的电子
传输性能，具有高电子迁移率和优良的导电性。
这使得石墨烯成为
许多电子器件和传感器的理想材料。
在光学方面，石墨烯由于其大π共轭结构而表现出独特的光学
特性，包括广泛的光吸收和高透射率。
这些特性使得石墨烯在光学器件和光电子领域具有巨大的潜力。
在热学方面，石墨烯由于其大π共轭结构而表现出优异的热传导性能，具有高热导率和良好的热稳定性。
这使得石墨烯在热管理和纳米材料方面具有广泛的应用前景。
总之，石墨烯的大π共轭结构赋予了其许多独特的性质，使其成为一种具有广泛应用前景的材料，涉及到电子学、光学、热学等多个领域。
希望这些信息能够全面回答你的问题。
石墨烯结构
石墨烯结构
石墨烯结构是由碳六元环组成的两维周期蜂窝状点阵结构，它可以翘曲成零维的富勒烯，卷成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨，因此石墨烯是构成其他石墨材料的基本单元，石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，目前最理想的二维纳米材料。
石墨烯的内容
石墨烯是一种以sp杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收百分之2点3的光，导热系数高达5300W，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000，又比纳米碳管或硅晶体高。
因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，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。
石墨烯二维晶体结构
石墨烯二维晶体结构
石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体结构，具有非常独特的性质。
它的结构类似于由铅笔刀切下的石墨片，但只有一个原子厚度。
这种材料具有高度的强度和导电性，被认为是未来新型材料的重要候选。
石墨烯的结构由一个碳原子网格组成，每个原子与其周围三个原子形成共价键。
这种结构类似于蜂窝状，因此石墨烯也被称为“石墨状蜂窝结构”。
石墨烯的热导率非常高，是铜的几百倍，这使得它成为制造高效热管理器件的理想材料。
同时，它的电导率也非常高，达到银的水平，这使得它适用于制造高效电子器件。
另外，石墨烯还具有极高的表面积和化学稳定性，这使得它成为各种领域的应用前景广阔。
目前，科学家们已经成功地将石墨烯应用于传感器、电池、超级电容器、透明导电膜等领域，未来还有更多应用的可能性。
总之，石墨烯的独特结构和优异性能使其成为研究的热点，它将在未来的新型材料领域发挥重要作用。
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关于材料破坏方式
材料破坏是一种材料疲劳后的结果。
人类所知的所有材料形形色色千奇百怪，从各个方面可以分类成各种不同的种类。
比如：固体、液体、液晶体；固体、乳浊液、清浊液、液体；金属、非金属；诸如此类的高分子材料，纳米材料，有机材料，无机材料，生物材料，非生物材料
作为材料科学，材料的物理性质按照性质大体分为韧性材料、脆性材料；材料学上，人们用几个特定的物理量来定义显示材料的各项性能指标，如：弹性模量、泊松比、密度、屈服模量、剪切模量、摩擦系数、膨胀系数、热应变、阻尼系数、比热容、热焓等等。
然后进行一定的理想假设根据材料的具体特性和结构得到比较符合实际的理想材料模型，比如，双线性随动强化模型、双线性等向强化模型、多线性随动强化模型、多线性等向强化模型；材料结构性质性质模型，比如，杆件、梁、壳、体、管道、弹簧。
在宏观上，材料发生破坏的原因大体上归结为四个破坏准则。
在微观上的破坏归结为共价键或者其他的键得到能量断裂从而发生破坏。
本篇文章主要从微观入手一直到宏观结束，构想材料的破坏历程顺序。
目前来讲，构成物质的最基本粒子是夸克（如果考虑反物质会存在反夸克，此不赘述）。
夸克构成质子、电子、中子。
质子、电子、中子构成原子。
原子组成单质物质以及分子物质。
物质分为晶体、非晶体、液晶体。
对于晶体大体分为离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体。
晶体的粒子规则整齐地排列。
离子晶体之间存在较强的离子键，离子晶体的硬度比较大、难于压缩；分子晶体存在分子之间作用力（范德华力），一般来说分子量越大范德华力越大。
但是分子间的作用力比起化学键弱得多。
但是有些氢化物（HF、冰、氨）通过氢键的作用，发生破坏的能量就要消耗的多一些；原子晶体（二氧化硅、金刚石）通过共价键结合生成空间规则的网状结构具有非常大的硬度；金属晶体（除汞以外）中，金属原子好像许多硬球一层一层紧密的堆积着，原子周围有许多的电子围绕。
金属离子与自由电子存在较强作用。
金属存在不同程度的延展性。
石墨晶体(下图左)是一种层状结构，每层原子是整六边形的碳原子排列而成。
层与层之间以范德华力结合。
对于单层石墨晶体就成为石墨烯(上图右)。
石墨烯是以三个碳原子SP2杂化而成的正六边形二维结构。
剩余一个电子与其他电子形成类似于骈苯的大π键。
如此结构造就了石墨烯当前最强的度（111Gpa抗压、0.5tpa的弹性模量）。
对于材料破坏的大体过程大致可分为：键长变化、分子（原子）滑移、共价键重组、断裂四个阶段。
不同属性的材料有着不同的过程。
比如钢，在受到外拉力作用时，金属晶体内部原子核与电子之间的距离在平行与拉力方向加长，库仑力减小。
去掉外力，在库伦力下重新回到原来位置。
当某两个原子之间的距离增加到一定距离而其中一个与另外一个的距离逐渐逼近时，原子就会滑落到新的位置达到平衡，即原子滑移。
材料不断承受外力载荷下不断滑移，在材料面积较小的部分原子滑移的速度快，从而在滑移过程中原子试图以滑移产生位移来满足外力。
有些高分子合成材料(如橡胶)受到外力是的第一反应是发生翘曲。
过程如下：
金属晶体的破坏历程
高分子合成材料的破坏历程
破坏、断裂
滑移过程中内部裂缝存在摩擦力。
金刚石单质晶体具有极高的硬度因为原子极难以滑移。
原子之间的共价键力是晶体里面最消耗能量的键，加上金刚石晶体原子规律整齐的空间排序不容易发生应力集中和畸变。
而能够使得圆锥形金刚石破坏的本文以为是金刚石接触点向下的第二、三排的竖向由内至外的共价键的几何变形导致。
类似于
苯金刚石晶体的SiO2晶体一样（脆性材料），在破坏时晶体的裂缝由尖角向下呈发散状。
于是得到一个能够承受拉压力并且可以较完好的没有损伤（没有疲劳或者不不产生裂纹）的材料，就要求它的微观结构是整齐有序的以共价键结合的物质。
又由烷、烯、炔的化学表现可以看出三键、双键共价键的力学特性更高，但是化学稳定性又较低。
这种三键、双键高分子材料只可以在惰性气体下保持稳定，且难以制备。
单键是比较理想的选择。
石墨烯晶体类似于骈苯物SP2杂化，剩余电子大π键一圈形成如由上图。
所以石墨烯的结构应是SP2杂化共价σ键拼接成的正六边形二维结构结合剩余电子形成的类似于大π键的空间结构。
本文认为剩余电子形成的键能对于石墨烯的结构稳定尤其是在承受垂直平面的力的最大能力上有很大的贡献。
尽管我们知道π键比σ要活泼，但是大π键对微结构的稳定也是有贡献的。
并且有改变分子空间结构的作用。
如下图1c与c的空间关系由于另外一个共价键的引进发生变化。
这个本文把它比作弯矩的作用。
石墨烯的结构一样各个大π键在承受垂直方向荷载时存在弯矩。
于是石墨烯空间结构可以用下图2、3理想代替。
此种结构可以作为地下展览时的地面支撑架，中间镶嵌钢化玻璃。
还可以作为大型场馆的穹顶、玻璃幕墙的固定框。
既美观又安
全。
作者还注意到石墨烯结构在承受平行于平面的力时存在正交各向异性的问题。
即所知的扶手型和阶梯型。
主要是其几何结构的正交异性。
在发生断裂之前同样存在原子滑移共价键重新组合，结构发生畸变抗拉性能下降。
图1
图2 单元结构
图3
图4
按照上面的结构，由边长6米，总厚1.3米的正六边形组成的720多平方米结构在自重和600KN（按上面站立100个人，平均体重50KG计算）力下的最大综合变形只有0.0053477m，结果还是比较好的。
要是进行优化设计会更好。
本文曾就石墨烯正六边形的力学性能完全归结于SP2二维结构，发现正六边形宏观结构就其他的结构并没有太突出的力学性能。
随后从微观上考虑原子在运行过程中的稳定频率下以三菱结构能量最低，最稳定。
然而对圆盘进行模态分析时，随着阶数的增加（最大达到310阶）圆盘变形的规则图形边数在缓慢的增加，但是已经超过三菱型。
最后归结为在当前情况下以共价键组合并能够整齐排列的物质为数不多。
石墨烯是从层状石墨剥离而来的。
MAXIMUM ABSOLUTE V ALUES
UX UY UZ USUM
NODE 21239 21434 94701 94701
V ALUE 0.41823E-03 -0.36301E-03 -0.53477E-02 0.53477E-02
此外，六边形网格在模态分析中第一阶频率较四边形网格低，位移小，质量分布容易均匀。
（见下表）加上正六棱柱体的比表面积是同体积其他种类几何体之最，非常有利于散热。
所以可以把六边形网格和六棱柱结合起来制作成散热片。
随处可见正六边形的网格；蜂蜜的蜂窝；路面的地砖；公路的挡土墙内镶嵌转……在自然界脆性材料（如薄土块、石头）的破裂基本上是六边形，其原理在于比表面积的优势。
MAXIMUM ABSOLUTE V ALUES 四边形
NODE 245 111 1 1
V ALUE 0.15277E-18 0.37765E-18 0.49883E-01 0.49883E-01
MAXIMUM ABSOLUTE V ALUES 六边形
NODE 207 135 81 81
V ALUE -0.55946E-17 0.21490E-16 0.36476E-01 0.36476E-01
（要求网格所用材料总长一样）
石墨烯是自然剥离的产物，如果自然界存在其他的规则的晶体物质也会是非常稳定的结构。
随着科学技术发的发展，以后人类可以自己合成加工制作符合量子力学的稳定结构。
基于石墨烯的结构特性，还可能实现几种结构。
提高抗拉力学特性。
图5二维模型图形l硫化硼
避免材料破坏，就要从最小的量子级别考虑。
需求最最整齐的共价键组合，最整齐的范德华力，最稳定的力学结构。
结合宏观结构设计就能构造出一个较好的抵抗破坏的结构。
这就需要利用结合稳定化学知识人工干预制造出这种具有整齐结构化合建的物质。
要利用破坏制造缓冲材料，就可以认为根据原子受力滑移的规律，找到一个决定是否需要疲劳变形的临界共价键结构。
最大化的利用最小滑移而不发生断裂来消耗最大能量。
保护主体结构。