石墨的孿生兄弟——鉆石

提起鉆石，人們就會聯想到它那璀璨奪目、光芒四射的形象。鉆石是金剛石經過揣摩之后的稱謂。天然的金剛石是稀有資源，所以價格昂貴，大多數人只能對它望而生畏。盡管如此，人們對鉆石仍是十分艷羨。正由于可做"鉆石"用的天然金剛石十分稀有，人們才想到用人工金剛石來代替它，這樣自然而然地就想到了金剛石的孿生兄弟—石墨。

金剛石和石墨的化學成分都是碳(C)，稱"同素異形體’。石墨乳的主要成分是石墨（微粉石墨），因其呈乳狀狀態，所以常被稱作石墨乳，嚴格來說該類產品應叫石墨膠體（英語名為graphitecolloid），分為溶劑型石墨乳和水性石墨乳?？膳蛎浭哂杏商荚亟M成的六角網平面層狀結構。層平面上的碳原子以強有力的共價鍵結合，而層與層間以范德華力結合，結合非常弱，而且層間距離較大。因此，在適當的條件下，酸、堿金屬、鹽類等多種化學物質可插入石墨層間，并與碳原子結合形成新的化學相它們具有相同的"質"；但"形"或"性"卻有大相徑庭—金剛石是現在國際上最硬的物質，而石墨卻是最軟的物質之一。盡管石墨和金剛石的硬度不同如此之大，但人們仍是期望能用人工組成的方法來獲取金剛石，由于自然界中石墨(碳的)藏量十分豐厚?？墒?，要使石墨中的碳變成金剛石那樣擺放的碳實非易事。石墨在5-6萬大氣壓((5-6) x 103MPa〕及攝氏1000-2000度高溫下，再用金屬鐵、鉆、鎳等做催化劑，可使石墨轉變成金剛石?，F在國際上已有十幾個國家(包含我國)可以組成人工金剛石。但這種金剛石由于顆粒很細，主要用途是做磨料，用于切削物質，以及制造地質鉆探和石油鉆機運用的鉆頭。當時，在國際金剛石的消費構成中，80%的人工金剛石用于工業出產，其產值現已遠遠超越天然金剛石的產值。開端組成的金剛石顆粒呈黑色，0.5毫米巨細，重約0.1克拉(用于寶石的金剛石一般最小不能小于0.1克拉)?，F在，我國研發的大顆粒金剛石達3毫米以上，美國、日本等已制成6.1克拉多的金剛石。之所以說金剛石已從石墨中"飛"出，是由于寶石級的人工金剛石在不久的將來，就可供給市場。

石墨烯的呈現

石墨烯呈現在實驗室中是在2004年，由英國的兩位科學家安德烈·杰姆和克斯特·諾沃塞洛夫(兩人因而取得2010年諾貝爾物理學獎)發現，他們能用一種十分簡略的方法得到越來越薄的石墨薄片。石墨粉是化學反應很靈敏的物質，在不同的環境里面他的電阻率都會變，也就是他的電阻值會變，但有一點是不會變的，石墨粉是很好的非金屬導電物質之一，只要在絕緣的物體里面保證石墨粉不間斷，像一條細線那樣也會通電的，但是，電阻值是多少，這個數值也沒一個準確的數，因為石墨粉的粗細不一樣，用在不同的材料和環境石墨粉電阻值也會不一樣。他們從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的雙面粘在一種特殊的膠帶上，扯開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，所以薄片越來越薄，最后得到了僅由一層碳原子構成的薄片，這就是石墨烯。實際上，石墨烯是一種從石墨材猜中剝離出的單層碳原子面材料即碳的二維結構。人們常見的石墨，由一層層蜂窩狀有序擺放的平面碳原子堆疊而成。石墨的層問作用力較弱，很簡單相互剝離，構成薄薄的石墨片，當把石墨片剝成單層之后，這種只要一個碳原子厚度的單層就是石墨烯。研究人員發現，在石墨烯樣品微粒開端碎裂前，它們每100納米間隔上可接受的最大壓力竟然達到了大約2.9微牛。據科學家們測算，這一成果相當于要施加55牛頓的壓力才干使1米長的石墨烯斷裂。如果物理學家們能制取出厚度相當于一般食物塑料包裝袋的《厚度約100納米)石墨烯，那么需求施加差不多兩萬牛頓的壓力才干將其扯斷。換句話說，如果用石墨烯制成包裝袋，那么它將能接受大約兩噸重的物品。所以說，迄今為止，石墨烯是國際上現已發現的最薄和最堅固的物質。

石墨烯的呈現在科學界激起了巨大的波濤。人們發現，石墨烯具有非同小可的導電功能，具有超出鋼鐵數十倍的強度和極好的透光性.它的呈現，有望在現代電子科技領域引發一輪革新。在石墨烯中，電子可以極為高效地搬遷，而傳統的半導體和導體，例如銅和硅遠不如石墨烯表現得好。由于電子和原子的磕碰，傳統的半導體和導體用熱的方法釋放了一些能量，現在一般的電腦芯片以這種方法浪費了70-80%的電能;而石墨烯則不同，它的電子能量不會被損耗。