石墨烯是怎么发现的,石墨烯这种材料有什么特别?
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发布时间：2022-04-25 16:28
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时间：2023-10-17 16:55
石墨烯作为一种新型材料备受追捧，很多不同领域的产品制造商都在想尽办法蹭石墨烯的热度，那么到底什么是石墨烯呢，这种材料有何特别之处呢，那些蹭热度的产品是不是真的呢？
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。
当碳原子通过化学键结合成诸多正六边形的结构，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，我们身处在一个三维空间之中，所有的事物都是三维结构的，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，但有人就偏偏不信邪。这两个不信邪的人，一个叫做安德烈·海姆，另一个叫做诺沃肖洛夫，他们都来自于英国曼彻斯特大学。这两个人就想啊，一定有什么办法能够获得单层的石墨，毕竟石墨的结构具备这种潜力，同层原子的结构牢固，而层与层之间却没有化学键相连。
那么怎么能把单层石墨弄出来呢？先别想那么多，先尽量把石墨弄薄再说，于是他们采用了一个非常简单的办法，就是用胶条粘。
当我们在纸上写错字的时候，就会用胶条把错字粘下来，这种技术早在三四十年以前就出现了，而我们粘下来的其实是纸张的表面一层。胶条能够粘下纸上的表层，自然也能粘下石墨，于是一层薄薄的石墨被粘下来了，不过此时的石墨距离单层石墨还有十万八千里，没关系，再粘，用另一个胶条把粘有石墨的胶条再粘一下，就又得到了更薄的一层石墨，如此往复，最终就获得了单层石墨，也就是石墨烯。
别看发现石墨烯的过程似乎并不太过复杂，但这一发现却斩获了2010年的诺贝尔奖，原因就是人类首次在三维空间中发现了二维结构物质。
那么石墨烯这种材料到底有何特别之处呢？
石墨烯具有很多优点，由于碳原子之间通过化学键结合相当牢固，所以石墨烯是一种又薄强度又大的物质，且具有很好的拉伸性。再者，石墨烯的导电性能和导热性能都十分优异，金属具有良好的导电性，而在金属之中导电性能最好的就是银，而石墨烯的导电性比银还要好。
石墨烯有如此众多的好处，在实际应用中又能做些什么呢？相
必大家一定都听过石墨烯电池，为什么要用石墨烯做电池呢？我们现在很多电子设备中所使用的电池都是锂电池，锂电池的缺点就是电阻大，所以如果电流过大，电池就会发热烧毁，因为给手机充电必须控制电流，控制了电流，充电速度自然就慢。而石墨烯电阻很低，导电性很好，如果用石墨烯制作电池，那么就可以用很大的电流来进行充电，那充满电就是分分钟的事了。不过包括石墨烯电池在内，关于石墨烯在各个领域的实际应用还尚需时日，从研制到研制成功，从研制成功到投入实际应用，这个过程还是很长的。
