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2010年诺贝尔物理奖授予发现石墨烯的开创性研究者，金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构示意图分别如下图所示，下列说法不正确的是A．金刚石和石墨烯中碳原子的杂化方式不同B．金刚石、石墨、C60和石墨烯的关系：互为同素异形体C．这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2D．石墨与C60的晶体类型相同
题型：单选题难度：中档来源：不详
D答案：DA．正确，金刚石和石墨烯中碳原子的杂化方式不同，分别是sp3、sp2B．正确，金刚石、石墨、C60和石墨烯都是由碳元素形成的不同单质，金刚石、石墨、C60和石墨烯的关系：互为同素异形体C．正确，它们都由碳元素组成，这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2D．不正确，石墨与C60的晶体类型不相同，前者是混合晶体，后者是分子晶体。
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据魔方格专家权威分析，试题“2010年诺贝尔物理奖授予发现石墨烯的开创性研究者，金刚石、石墨..”主要考查你对&&晶体、非晶体，金属晶体，晶胞，原子晶体&&等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：
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晶体、非晶体金属晶体晶胞原子晶体
晶体与非晶体：
金属晶体：通过金属离子与自由电子间的较强作用(金属键)形成的单质晶体，熔沸点(除Hg外)高，导热性、延展性良好，易导电，硬度一般较大。如：金属单质金属晶体原子堆积模型： (1)简单立方堆积 (2)体心立方堆积 (3)六方最密堆积和面心立方最密堆积 晶体的基本类型与性质：
金属晶体的原子堆积模型：
1．定义描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。 2．结构一般来说，晶胞为平行六面体，晶胞只是晶体微观空间里的一个基本单元，在它的上、下、左、右、前、后无隙并置地排列着无数晶胞，而且所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。“无隙”是指相邻晶胞之间没有任何间隙，“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。晶胞中微粒数目的确定：计算晶胞中微粒数目的常用方法是均摊法。均摊法是指每个晶胞平均拥有的粒子数目。如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。(1)长方体(或正方体)形晶胞中不同位置的粒子数的计算。①处于顶点的粒子，同时为8个晶胞所共有，每个粒子有属于该晶胞。②处于棱上的粒子，同时为4个晶胞所共有，每个粒子有属于该晶胞。③处于面上的粒子，同时为2个晶胞所共有。每个粒子有属于该晶胞。④处于晶胞内部的粒子，则完全属于该晶胞。(2)非平行六面体形晶胞中粒子数目的计算同样可用均摊法，其关键仍然是确定一个粒子为几个晶胞所共有。例如，石墨晶胞每一层内碳原子排成许多个六边形，其顶点(1个碳原子)对六边形的贡献为，那么每一个六边形实际有6×=2个碳原子。(3)在六棱柱晶胞(如图所示 MgB2的晶胞)中，顶点上的原子为6 个晶胞(同层3个，上层或下层3个) 共有，面上的原子为2个晶胞共有，因此镁原子个数为12×+2×=3，硼原子个数为6。 特别提醒：在晶胞中微粒个数的计算过程中，不要形成思维定式，不同形状的晶胞应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞共用，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心上的原子依次被6、3、4、2 个晶胞共用。
有关晶胞密度的计算步骤：
①根据“分摊法”算出每个晶胞实际含有各类原子的个数，计算出晶胞的质量m： ②根据边长计算晶胞的体积V： ③根据进行计算，得出结果。原子晶体：相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体，熔沸点高，导热性、延展性不良，导电性差，硬度大。如：金刚石、石英。晶体的基本类型与性质：
晶体熔、沸点高低的比较规律：
(1)不同类型晶体的熔、沸点高低规律：一般，原子晶体&离子晶体&分子晶体。金属晶体的熔、沸点有的很高，如钨、铂等；有的则很低，如汞、铯等。 (2)同种类型晶体，晶体内粒子间的作用力越大，熔、沸点越高。 ①分子晶体：分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高，反之越低。 a．组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如沸点：O2&N2、HI&HBI&HCl(含氢键的除外)。 b．相对分子质量相等或相近的分子，极性分子的范德华力大，熔、沸点高。如沸点：CO&N2。 c．含有氢键的分子熔、沸点比较高。如沸点：H2O &H2Te&H2Se&H2S，HF&HCl，NH3&PH3。 d．在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链越多，熔、沸点越低。如沸点：正戊烷&异戊烷&新戊烷。芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体熔、沸点大小一般按照“邻位&问位&对位”的顺序。 e．在高级脂肪酸形成的油脂中，油的熔、沸点比脂肪低，烃基部分的不饱和程度越大(碳碳双键越多)，熔、沸点越低，如： (C17H35COO)3C3H5&(C17H33COO)3C3H5 硬脂酸甘油酯&&&&&&&&&&&&&& 油酸甘油酯②原子晶体：要比较共价键的强弱。一般来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越牢固，晶体的熔、沸点越高．如熔点：金刚石(C—C)&金刚砂 (Si—C)&晶体硅(Si—Si)&锗(Ge—Ge)。 ③离子晶体：要比较离子键的强弱。一般来说，阴、阳离子电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高，如熔点：MgO&NaCl，KF&KCl&KBr& KI。离子晶体的晶格能越大，其熔、沸点越高。 ④金属晶体：要比较金属键的强弱。金属晶体中金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属阳离子与自由电子间的静电作用越强，金属键越强，熔、沸点越高，反之越低，如熔点：Na&Mg&Al。(3)元素周期表中ⅦA族卤素的单质(分子晶体) 的熔、沸点随原子序数递增而升高；笫IA族碱金属元素的单质(金属晶体)的熔、沸点随原子序数的递增而降低。如熔、沸点：Li&Na&K&Rb&Cs。注意:上述总结的是一般规律，不能绝对化。在具体比较晶体的熔、沸点高低时，应先弄清晶体的类型，然后根据不同类型晶体进行判断，但应注意具体问题具体分析。如MgO为离子晶体，[大]为离子半径小且离子电荷多，离子键较强，其熔点(2852℃)要高于部分原子晶体，如SiO2(1710℃)。
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361404395890364985314614300207364634自由态二维碳原子晶体单层石墨烯_文库下载
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& 自由态二维碳原子晶体单层石墨烯
自由态二维碳原子晶体单层石墨烯
自由态二维碳原子晶体单层石墨烯
第２３卷第２期新型炭材料Ｖ０１．２３Ｎｏ．２
２００８年６月ＮＥＷＣＡＲＢＯＮＭＡＴＥＲＩＡｌ．Ｓ
Ｊｕｎ．２００８
文章编号：
１００７－８８２７（２００８）０２枷９７ＪＤ７
自由态二维碳原子晶体一单层石墨烯
杨全红１，
伟１，杨永岗２，王茂章２
（１．天津大学化工学院，天津３０００７２；２．中国科学院炭材料重点实验室中国科学院山西煤炭化学研究所，山西太原０３０００１）
石墨烯是近年发现的二维碳原子晶体，是目前碳质材料和凝聚态物理领域的研究热点之一。石墨烯是
构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、ｉ维体相石墨等ｓｐ２杂化碳的基本结构单元，具有更多奇特的性质。通过简要介绍石墨烯的发现历史及分子结构，重点评述了石墨烯奇特的性质（特别是电学性质）和潜在的应用领域。关键词：
石墨烯；二维晶体；层状材料；电子陆质
中图分类号：ＴＱ１２７．１
文献标识码：
存在【４１。
１９８８年，日本东北大学京谷隆教授等在用蒙脱碳元素广泛存在于自然界，其独特的物性和多
土做模板制备高度定向石墨的过程中，以丙烯腈为样的形态随着人类文明的进步而逐渐被发现。碳元碳源，在蒙脱土二维层间得到了石墨烯片层，不过这素有很多种同素异形体，最为人们所熟知的就是ｓｐ２种片层在脱除模板后不能单独存在，很快会形成高杂化的石墨和ｓｐ３杂化的金刚石。１９８５年富勒烯度取向的体相石墨∞。。２００４年，Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ等第一（Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）的发现｜１Ｊ和１９９１年碳纳米管（Ｃａｒｂｏｎ次用机械剥离法（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｌｅａｖａｇｅ）获得单层和ｎａｎｏｔｕｂｅｓ）的发现【２ｌ，扩大了碳的同素异形体的范２层一３层石墨烯片层ｌ６’（图１），而且可在外界环境畴，也使人们对碳元素的多样性有了更深刻的认识，中稳定地存在。２００７年，Ｍｅｙｅｒ等人报道单层石墨富勒烯和碳纳米管所引发的纳米科技对人类认知、烯片层可以在真空中或空气中自南地附着在微型金社会发展的贡献难以言喻。２００４年另一种具有理
支架上，这些片层只有一个碳原子层厚度想二维结构和奇特电子性质的碳的同素异形体――
（ｏ．３５ｎｍ），这一厚度仅为头发的２０万分之一，但单层石墨烯（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）被成功制备旧Ｊ，开始引发新是它们却表现｝ｎ长程的晶序。ＴＥＭ研究也表明，这一波碳质材料研究热潮。
些悬浮的石墨烯片层（图２）并不完全平整，它们表２首创的真正二维晶体
现出物质微观状态下同有的粗糙性，表面会出现几度的起伏。可能正是这些ｉ维褶皱巧妙地促使二维自然界不存在自由状态的石墨烯片，在一般的晶体结构稳定存在＂ｊ。换言之，将二维膜放入三维自由状态下，它会卷曲成富勒烯、碳纳米管或堆叠成空间会有一种产生褶皱的趋势，二维结构可以存在体相石墨。自石墨的层状结构被确定以后。近２０多但是会产生一定的起伏。Ｆａｓｏｌｉｎｏ等通过模拟发年来，零维的富勒烯，一维的碳纳米管（特别是单壁现，由于热起伏，褶皱会自发地产生而且能达到的最碳纳米管）的相继发现促使科学家们考虑：二维的大厚度为０．８ｎｍ，这与实验中的发现相一致。这种理想石墨烯片层能自由存在吗？一般地说，随着物不同寻常的现象可能是由于碳键的多样性导致质厚度的减小，汽化温度也急剧减小，当厚度只有几的旧ｊ。石墨烯片层上存在大量的悬键使得它处于十个分子层的时候，会变得不稳定。同时根据Ｍｅｒ．动力学不稳定的状态，可能正是这样一种褶皱的存ＩＩｌｉｎ―ｗａｎｇｅｒ的理论，长的波长起伏也会使长程有序在，在石墨烯边缘的悬键可与其他的碳原子相结合，的二维晶体受到破坏。因此过去科学家们一直认为使其总体的能量得以降低。
严格的二维晶体具有热力学不稳定性，而且不可能
不过，对于褶皱的形成也有不同的观点。
收稿日期：２００８讲旬２；
修回日期：２００８旬５－２８
基金项目：教育部“新世纪优秀人才支持计划”资助项目（ＮＣＥＴ聊Ⅸ７），天津市“应用基础及前沿技术研究计划”资助项目
（０ｒ７ＪＣＹＢＪＣｌ５２００）和天津大学“９８５”二期“杰出人才”引进项目．
作者简介：杨全红（１９７２一），男，山西孝义人，博士、教授、博导．研究方向：新型碳质材料和纳米材料．Ｅ―ｍａｊＪ：ｑｈｙ卸ｇｃｎ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．∞
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石墨烯六角网面之间通过 电子相互作用 第 2期 杨全红 等: 自由态二维碳原子晶体 单层石墨烯 99 形成三维体相石墨, 故石墨具有层状结构, 并且呈各 [ 11] 向...第23卷第2期2008年6月 文章编号: 新型炭材料 NEWCARBONMATERIAl.S V01.23 No.2 Jun.27(JD7 自由态二维碳原子晶体一单层石墨烯杨...(080-70 0 自 由态 二维碳原子 晶体 一单层石墨烯 杨全红 吕伟 杨永岗,王 茂章 , , ( .天津大学化 _学院。津30721〔天002;.中 国科 学 院炭 材料...Atom Thick Give Rise to Graphene Dreams, Science 324, 875-877 6 [8] 杨全红,吕伟,杨永岗,王茂章,自由态二维碳原子晶体―― 单层石墨烯,新型炭材料 23 ...ac. cn - L 半胱氨酸还原氧化石墨烯的研究/ 李永锋等 最后将其真空干燥即...sing le lay er g raphene( 自由态二维碳原子晶体 一单层石墨烯) [ J] ....换言之,自由态的石墨烯在室温下可以稳 定存在;而在相同条件下,其他任何己知...自然科学摹金(50972IOl,). 二维蜂窝状晶格结构的sp2杂化单层碳原子晶体...二维自由态原子晶体, 它是构筑零维富勒烯、一维碳...“单层石墨片” ,是指一层密集的、包裹在蜂巢晶体...Key words:nanostructure 1 引言 石墨烯 (...接第30页) 2 杨全红, 吕峰, 杨勇岗, 自由态二维碳原子晶体―单层石墨烯[J...IBM利用单层石墨烯试 制晶体管,并确认该元件符合波格定律。另一方面,通过重叠二...自由态二维碳原子晶体-单层石墨烯[J].新 型炭材料,):97-102. [...石墨烯属于什么晶体类型_百度知道
石墨烯属于什么晶体类型
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石墨其实属过渡型晶体,即其既有分子晶体又有原子晶体的特征：石墨晶体中分为许多层，每一层间存在着范德华力，每一层又是由许多碳原子以共价键构成的正六边形组成，因此它既有分子晶体又有原子晶体的特征。所以是过渡型晶体。
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出门在外也不愁　　美国哥伦比亚大学两名华裔科学家最近研究发现，铅笔石墨中一种叫做的二维碳原子晶体，竟然比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。
　　法国皇帝拿破仑曾经说过：“笔比剑更有威力”，然而他绝对不会想到铅笔中竟然包含着地球上强度最高的物质！美国哥伦比亚大学两名华裔科学家最近研究发现，铅笔石墨中一种叫做石墨烯的二维碳原子晶体，竟然比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。
　　这一惊人的科学发现是由美国哥伦比亚大学的两名华裔科学家李成古和魏小丁 (音译)一起研究得出的，而研究的主要工具之是普通的透明胶带！李成古说：“为了了解石墨烯的强度，我们首先必须从石墨上剥离出一些石墨烯薄片，于是我们想到了透明胶带。”科学家先将“思高牌”胶带粘在一块石墨上，然后再撕下来，接着科学家又将胶带粘到了一块面积只有1平方英寸的硅片上，然后再将胶带从硅片上撕下来，这时数千小片石墨都粘到了硅片上，而硅片上则有数千个肉眼看不见的小孔。
　　这时，科学家开始采取高科技手段，将硅片放置在电子显微镜下进行观察，科学家花费数天时间，希望能在硅片小孔上发现合适的单原子厚的石墨烯薄片。一旦科学家发现了一些只有100分之一头发丝宽度的石墨烯薄片后，他们就开始使用原子尺寸的金属和钻石探针对它们进行穿刺，从而测试它们的强度。让科学家震惊的是，石墨烯可能比钻石还强硬，它的强度比世界上最好的钢铁还高100倍！
　　不过科学家可能仍然需要花费数年甚至几十年时间，才能找到一种将石墨转变成大片高质量石墨烯“薄膜”的方法，从而可以用它们来为人类制造各种有用的物质。
　　出处: 现代快报
　　2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K. Geim)等制备出了石墨烯。海姆和他的同事偶然中发现了一种简单易行的新途径。他们强行将石墨分离成较小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用一种特殊的塑料胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层碳原子构成——他们制得了石墨烯。
　　石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。它不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯在原子尺度上结构非常特殊，必须用相对论量子物理学(relativistic quantum physics)才能描绘。
　　石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。
　　这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入而发生散射。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，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。
　　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”(electric charge carrier)，的性质和相对论性的中微子非常相似。
　　为了进一步说明石墨烯中的载荷子的特殊性质，我们先对相对论量子力学或称量子电动力学做一些了解。
　　经典物理学中，一个能量较低的电子遇到势垒的时候，如果能量不足以让它爬升到势垒的顶端，那它就只能待在这一侧；在量子力学中，电子在某种程度上是可以看作是分布在空间各处的波。当它遇到势垒的时候，有可能以某种方式穿透过去，这种可能性是零到一之间的一个数；而当石墨烯中电子波以极快的速度运动到势垒前时，就需要用量子电动力学来解释。量子电动力学作出了一个更加令人吃惊的预言：电子波能百分百地出现在势垒的另一侧。
　　以下实验证实了量子电动力学的预言：事先在一片石墨烯晶体上人为施加一个电压（相当于一个势垒），然后测定石墨烯的电导率。一般认为，增加了额外的势垒，电阻也会随之增加，但事实并非如此，因为所有的粒子都发生了量子隧道效应，通过率达100%。这也解释了石墨烯的超强导电性：相对论性的载荷子可以在其中完全自由地穿行。
　　另外，研究也发现，尽管只有单层原子厚度，但石墨烯有相当的不透明度：可以吸收大约2.3%的可见光。而这也是石墨烯中载荷子相对论性的体现。美国哥伦比亚大学两名华裔科学家最近发现，铅笔石墨中一种叫做石墨烯的二维碳原子晶体，竟然比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。这种物质为“太空电梯”超韧缆线的制造打开了一扇“阿里巴巴”之门，让科学家梦寐以求的2．3万英里长（约合37000千米）太空电梯可能成为现实。
　　中国科学家发现
　　谁也不会想到，铅笔中竟然包含着地球上强度最高的物质！
　　法国皇帝拿破仑曾经说过：“笔比剑更有威力”，然而他在200年前说这话的时候绝对不会想到，人类使用的普通铅笔中竟然包含着地球上强度最高的物质！美国哥伦比亚大学两名华裔科学家最近研究发现，铅笔石墨中一种叫做石墨烯的二维碳原子晶体，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。
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