不懂什么是石墨烯？看完这篇文章就知道了！

最近，很多人都在关注一个新名词：石墨烯，国内许多关注石墨烯材料的科研机构和研究院已经开始了如火如荼的科学研究。那么石墨烯到底是什么？它可以用来干什么？为什么这么多人对它如此的津津乐道？

其实早在1947年，石墨烯存在的可能性就已经被科学家提出过，但大部分科学家们都认为石墨烯在现实自然界中获得的可能性不大。直到2004年石墨烯在实验室中被发现，这是当时英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）使用了高定向热解石墨并运用“简单”的方法，根据石墨的层状解离特性，他们剥离出了仅有一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。他们两位教授也因为“有关二维石墨烯材料的开创性实验”获得了诺贝尔物理学奖。虽然从发现到如今只有短短十几年，但是任何有关石墨烯的研究发现和探索成果都受到了公众极大的关注。

具体来说，石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。其实它就是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层碳原子厚度的二维晶体，那么作为只有一层碳原子的石墨烯到底有多厚呢？

举个例子，厚一毫米的石墨就大约包含300万层石墨烯。如果用铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。由于我们平时看到的三维物体，都有长宽高，但是石墨烯只有长宽，它的高度只有一层碳原子的厚度，可以忽略不计，所以称为二维纳米材料。石墨烯的发现不仅扩展了人们对新型材料的认知，也开启了学术界对二维材料领域的探索之旅。

石墨烯的内部结构更为复杂，它的内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp杂化轨道成键，它的特点如下：碳原子核外层有4个价电子，其中3个电子用于一个S轨道和2个方向的P轨道，并形成了碳—碳原子间的键长为1.42埃（0.142纳米），键与键之间的夹角为120°的sp杂化轨道平面。最后剩下的一个孤电子，垂直于这个杂化轨道平面，除了键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状晶格结构外，最终还形成了贯穿全层的多原子的大π键(与苯环类似)，因而具有优良的导电和光学性能。

科学家们认为，石墨烯是迄今为止发现的最薄（300万层石墨烯厚度一毫米）、最坚固（超出钢铁数十倍）的材料之一，也具有极强的导电和导热性能。它非比寻常的柔韧性，坚硬度，导电性和透光度都可以广泛应用在触摸屏、太阳能电池、碳纤维等复合材料的生产中。科学家们认为石墨烯将会取代造价昂贵的硅，一跃成为新材料产业的“最佳选手”，也将带领传统产业走向更智能化，发挥高科技新型材料的引导作用。

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