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2020年山東公務(wù)員考試常識積累:石墨烯
http://lanrencai.cn       2020-07-19      來源:山東公務(wù)員考試網(wǎng)
【字體: 】              
  行測常識判斷考點范圍很廣,一般包括政治、法律、經(jīng)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。今天山東公務(wù)員考試網(wǎng)(lanrencai.cn)給大家?guī)淼某WR相關(guān)考點是“石墨烯”。

  發(fā)現(xiàn):2004年英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)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(xué)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(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性,在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景,被認為是一種未來革命性的材料。 

  石墨烯內(nèi)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(tài)。研究證實,石墨烯中碳原子的配位數(shù)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(huán)的蜂窩式層狀結(jié)構(gòu)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(huán)類似),因而具有優(yōu)良的導(dǎo)電和光學(xué)性能。 

  石墨烯材料定義

  石墨烯聯(lián)盟標準《石墨烯材料的術(shù)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(shù)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(xué)氣相沉積法(CVD)。

  性能

  優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、力學(xué)和光學(xué)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(dǎo)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(xué)穩(wěn)定性。

  力學(xué)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(jīng)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(yīng)

  石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm2/(V·s),這一數(shù)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(zhì)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(dǎo)性能。純的無缺陷的單層石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高達5300W/mK,是目前為止導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱系數(shù)也可達600W/mK。此外,石墨烯的彈道熱導(dǎo)率可以使單位圓周和長度的碳納米管的彈道熱導(dǎo)率的下限下移。

  應(yīng)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(fù)合材料。

  刷題鞏固

  石墨烯是由碳原子按六邊形晶格整齊排布而成的碳單質(zhì),結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。以下對石墨烯描述不正確的是(  )

  A.是世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅硬的物質(zhì)

  B.安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫于2005年制備出石墨烯

  C.導(dǎo)電性能極佳,電子移動速度遠遠超過了電子在金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體中的移動速度

  D.導(dǎo)熱性超過現(xiàn)有一切已知物質(zhì)

  【解析】B。安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫于2004年制備出石墨烯,B項錯誤。


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