石墨与石墨烯：区别与比较

碳原子构成石墨和石墨烯，它们都是碳基材料。 石墨烯只是石墨的一个原子层——由 sp2 连接的碳原子组成的六角形或蜂窝状晶格。

石墨是一种常见的材料，由多层石墨烯构成。 石墨烯和石墨的结构特性和生产工艺有些不同。

关键精华

1. 石墨是一种天然存在的碳同素异形体，具有晶体结构，用于铅笔和润滑剂等各种应用。
2. 石墨烯是单层碳原子排列成六方晶格，以其非凡的强度和导电性而闻名。
3. 石墨是一种具有石墨烯层的块状材料，而石墨烯是一种孤立的单层材料，具有优异的性能。

石墨与石墨烯

石墨是一种柔软的片状材料，例如，除了是碳的一种形式外，还用于铅笔和润滑剂。 石墨烯是单层石墨，是一种优良的热和电导体，其特性使其成为一种很有前途的技术应用材料。

石墨是一种天然存在的由多层单平面碳原子组成的矿物。 天然存在于变质岩中。

变质作用导致沉积碳化合物的减少，从而导致石墨的形成。 就强度而言，石墨中的化学键可与金刚石中的化学键相媲美。

石墨烯是一种应用广泛的二维碳物质。 人类已知的最薄的材料是石墨烯。 碳原子牢固地连接在单层石墨烯的六角蜂窝晶格中。

在微小的尺度上，石墨烯表现出巨大的抗拉强度。 由于每个碳原子都有一个自由π电子，因此石墨烯具有出色的导电性能。  

对比表

比较参数	石墨	石墨烯
厚度	它较厚，因为它包含多层碳。	单层，因此更薄。
化学键合	每个原子由三个共价键结合并具有一个自由电子。	每个原子由三个 sigma 键和一个朝向平面的 pi 键键合。
结构	三维	二维
强度	脆	有史以来最坚固的材料。
外观	外观呈铁黑色至钢灰色，有光泽。	有点透明。

什么是 石墨?

石墨是一种天然存在的元素，当石灰岩矿床中的有机物发生变质作用时形成。

天然石墨是一种可以在变质岩和火成岩中发现的矿物，用于耐火材料、电池、炼钢、膨胀石墨、刹车片、铸造饰面和润滑剂等。

爱德华·G·艾奇逊 (Edward G. Acheson) 在进行高温碳化硅研究时意外产生了石墨。 他发现碳化硅中的硅在大约 4,150°C（7,500°F）时蒸发，留下石墨形式的碳。

铅笔芯由石墨制成，石墨是一种黑色、柔软的材料，各层可以相互滑动。

石墨与粘土和水混合制成铅笔盖。 当他们添加更多的粘土时，铅笔笔尖变得越硬。

粉末石墨因其柔软性而被用于润滑快速运动的设备部件。 石墨的层状结构由六个碳原子环组成，这些环排列成水平薄片，彼此间隔很开。

因此，石墨在六方系统中结晶，而金刚石则在八面体或 四面体 系统。

石墨呈深灰色至黑色，不透明且极其柔软。 石墨一词来自希腊语动词graphene，意思是“书写”，因为它具有油腻的质地并产生黑色印记。

什么是石墨烯？

六方晶格中的单层sp2键合碳原子被称为单层石墨烯。 石墨烯比纸薄一百万倍，而且薄到只是二维的。

石墨烯非常灵活和透明，此外还具有显着的电气特性。 因此，它是便携式电子产品的理想选择。

石墨烯可能会使智能手机和平板电脑更加坚固，甚至可以像纸一样折叠。 在石墨烯片中，每个碳原子以相似的角度与其他三个原子牢固结合，从而形成扁平的蜂窝状结构。

这些牢固的连接赋予结构巨大的弹性，类似于 钻石，这是一个三维碳晶体，其中每个原子都与四个相邻原子相连。

石墨烯的六边形形状是富勒烯的基础，富勒烯是由 60 个或更多碳分子组成的中空分子结构，类似于被称为“巴基球”的可爱碳球。

这些结构的纳米级网格非常灵活，可以折叠成空心圆柱体，使其成为合适的分子容器。

石墨烯片中的每个原子都为分子提供一个自由电子，因为碳元素有四个可用于键合的电子。

该材料的空闲负电荷有助于其非凡的导电和超导能力，使其成为精密电子产品的理想选择。

石墨和石墨烯的主要区别

1. 石墨片的厚度大于石墨烯，石墨烯由蜂窝状的平面碳原子层组成。 石墨烯是将石墨片撕成只有一个碳原子厚度的单层时形成的单层。
2. 石墨在每个碳原子周围包含三个共价键和一个自由电子，而石墨烯有四个链接，包括在每个碳原子周围的三个西格玛键和一个 π键 定向离开飞机。
3. 石墨具有三维微观结构，由一层层石墨分子像书页一样堆积而成。 石墨烯是一种二维物质，由单层石墨分子组成，厚度小于一纳米。
4. 石墨易碎，而石墨烯是研究过的最耐用的物质。
5. 石墨具有金属光泽，色调呈铁黑色到钢灰色，而石墨烯相当透明。

参考文献

1. https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.74.075404
2. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.200702051

最后更新时间：08 年 2023 月 XNUMX 日