石墨結(jié)構(gòu)

石墨烯是由碳六元環(huán)組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，它可以翹曲成零維(0D)的富勒烯(fullerene),卷成一維(1D)的碳納米管(carbon nano-tube, CNT)或者堆垛成三維(3D)的石墨(graphite), 因此石墨烯是構(gòu)成其他石墨材料的基本單元。石墨烯的基本結(jié)構(gòu)單元為有機(jī)材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán), 是目前最理想的二維納米材料.。理想的石墨烯結(jié)構(gòu)是平面六邊形點(diǎn)陣，可以看作是一層被剝離的石墨分子，每個(gè)碳原子均為sp2雜化，并貢獻(xiàn)剩余一個(gè)p軌道上的電子形成大π鍵，π電子可以自由移動(dòng)，賦予石墨烯良好的導(dǎo)電性。二維石墨烯結(jié)構(gòu)可以看是形成所有sp2雜化碳質(zhì)材料的基本組成單元。

石墨烯的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，碳碳鍵(carbon-carbon bond)僅為1.42Å。石墨烯內(nèi)部的碳原子之間的連接很柔韌，當(dāng)施加外力于石墨烯時(shí)，碳原子面會(huì)彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，從而保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使石墨烯具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱性。另外，石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯內(nèi)部電子受到的干擾也非常小。

石墨烯是構(gòu)成下列碳同素異形體的基本單元:石墨，木炭，碳納米管和富勒烯。完美的石墨烯是二維的，它只包括六邊形(等角六邊形); 如果有五邊形和七邊形存在，則會(huì)構(gòu)成石墨烯的缺陷。12個(gè)五角形石墨烯會(huì)共同形成富勒烯。

氧化石墨的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)取決于合成它的方法。氧化石墨仍然保留石墨母體的片狀結(jié)構(gòu)，但是兩層間的間距(約0.7nm)大約是石墨中層間距的兩倍。嚴(yán)格的說，"氧化"一詞是不正確的，只是由于歷史原因而保留下來了。在氧化石墨中，除了純粹引入氧原子的過氧鍵外，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，結(jié)構(gòu)中還存在其他種類官能團(tuán)，比如羰基(=CO)、羥基(-OH)和酚羥基。 氧化石墨層的厚度約為1.1 ± 0.2 nm。掃描隧道顯微鏡表明在氧化石墨中某些區(qū)域內(nèi)，氧原子以0.27 nm × 0.41 nm的晶格常數(shù)排列為矩形。在氧化石墨層的最邊緣均為羰基或羧基。