2020年公務員考試常識積累：石墨烯

　　行測常識判斷考點范圍很廣，一般包括政治、法律、經濟、人文、地理、科技、生活等方面，需要小伙伴們長時間不間斷的積累。今天公考通（www.ssrtes.com）給大家帶來的常識相關考點是“石墨烯”。

　　發現：2004年英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

　　石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。

　　石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。 

　　石墨烯內部碳原子的排列方式與石墨單原子層一樣以sp²雜化軌道成鍵，并有如下的特點：碳原子有4個價電子，其中3個電子生成sp²鍵，即每個碳原子都貢獻一個位于pz軌道上的未成鍵電子，近鄰原子的pz軌道與平面成垂直方向可形成π鍵，新形成的π鍵呈半填滿狀態。研究證實，石墨烯中碳原子的配位數為3，每兩個相鄰碳原子間的鍵長為1.42×10-10米，鍵與鍵之間的夾角為120°。除了σ鍵與其他碳原子鏈接成六角環的蜂窩式層狀結構外，每個碳原子的垂直于層平面的pz軌道可以形成貫穿全層的多原子的大π鍵（與苯環類似），因而具有優良的導電和光學性能。 

　　石墨烯材料定義

　　石墨烯聯盟標準《石墨烯材料的術語、定義及代號》（T ／CGIA001-2017）定義了“石墨烯材料”的概念為：由石墨烯單獨或堆垛而成的、層數不超過10 層的碳納米材料。

　　制備方法

　　機械剝離法、氧化還原法、取向附生法、碳化硅外延法、赫默法、化學氣相沉積法（CVD）。

　　性能

　　優異的導電、導熱、力學和光學特性：單層石墨烯具有巨大的比表面積（2 630 m²／g）；高電子遷移率（~2×105 cm² ／ （V·s））；高熱導率（5 000 W／（m·K））；超高機械強度 （楊氏模量1.1TPa）；高透光率（~97.7%）；良好的化學穩定性。

　　力學特性

　　石墨烯是已知強度最高的材料之一，同時還具有很好的韌性，且可以彎曲，石墨烯的理論楊氏模量達1.0TPa，固有的拉伸強度為130GPa。而利用氫等離子改性的還原石墨烯也具有非常好的強度，平均模量可大0.25TPa。由石墨烯薄片組成的石墨紙擁有很多的孔，因而石墨紙顯得很脆，然而，經氧化得到功能化石墨烯，再由功能化石墨烯做成石墨紙則會異常堅固強韌。

　　電子效應

　　石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm²/（V·s），這一數值超過了硅材料的10倍，是目前已知載流子遷移率最高的物質銻化銦（InSb）的兩倍以上。在某些特定條件下如低溫下，石墨烯的載流子遷移率甚至可高達250000cm²/（V·s）。與很多材料不一樣，石墨烯的電子遷移率受溫度變化的影響較小，50~500K之間的任何溫度下，單層石墨烯的電子遷移率都在15000cm²/（V·s）左右。

　　熱性能

　　石墨烯具有非常好的熱傳導性能。純的無缺陷的單層石墨烯的導熱系數高達5300W/mK，是目前為止導熱系數最高的碳材料，高于單壁碳納米管（3500W/mK）和多壁碳納米管（3000W/mK）。當它作為載體時，導熱系數也可達600W/mK。此外，石墨烯的彈道熱導率可以使單位圓周和長度的碳納米管的彈道熱導率的下限下移。

　　應用

　　傳感器、晶體管、柔性顯示屏、新能源電池、海水淡化、儲氫材料、航空航天、感光元件、復合材料。