同素异形体
首先需要了解一个叫同素异形体的东西:比如氧气在正常情况下,是无害的,但是氧气达到一定浓度后,再经过太阳辐射分解成氧原子,氧原子再与周围的氧分子结合,最终会形成剧毒的臭氧。
还有就是白磷跟红磷,同样是磷元素组成,前者含有剧毒,而后者是完全无毒的。
这就是所谓的同素异形体,根据不同的结构,最终形成了完全不同的性质。
金刚石与石墨、石墨烯:金刚石的结构是一个碳原子周围有四个碳原子,原子间靠着非常强的共价键结合,形成了立方面格子晶体结构,所以非常坚硬。
金刚石结构图
石墨的结构是分层的,同一层内,碳原子之间思考化学键的连接作用在一起,也是比较坚固的,但是层与层之间是靠微弱的范德华力作用,连接在一起,所以层与层之间是可以互相滑动的,所以比较柔软。
石墨结构图
石墨烯则是石墨分离出的单独的一层,所以石墨烯会非常稳定,属于厚度只有一个碳原子直径大小的"二维材料",正因为这种结构,导致石墨烯拥有非常强的特性:
石墨烯
★超薄,由于厚度只有一个碳原子直径大小,所以可以说是目前最薄的材料,厚度为0.335nm(1mm = 1000um 1um = 1000nm,约为人发的1 / 200,000)
★超强的强度,是普通钢的200倍。如果未来石墨烯产量增加,用石墨烯代替钢铁作为建筑、工业材料,对房屋强度、高度会有前所未有的提升,对于汽车、军工装备也会有很大改进,从而大大增加强度与减少能源消耗。