石墨烯中的碳纳米管

文章来源：北科新材浏览次数：5813时间：2020-11-07 QQ学术交流群：1092348845

石墨烯的结构

石墨烯即为“单层石墨片”,是构成石墨的基本结构单元；而碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的圆筒结构。作为结构基于石墨烯的另外一种碳材料，碳纳米管和石墨烯的基本组成单元是一样的，尤其是未封闭的碳纳米管，两者均是碳六圆环的耦合，因此两者的制备方法也是相似的。

完美的石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状平滑的晶格结构的一种碳质新材料，其局部结构均有碳六圆环构成，在实际中有缺陷的地方往往存在碳五圆环和碳七圆环。少量的碳五圆环会使石墨烯翘曲，加上碳六圆环卷成的圆柱，则形成一个封闭的碳纳米管。

石墨烯的出现打破了很多以往对材料的认识。在之前，不管理论还是试验，科学家们均认为完美的理想的二维结构在实际中不能够稳定的存在。

石墨烯的结构

石墨烯的发展历程与碳纳米管极为类似。在碳纳米管被发现之前，碳的晶体结构主要有三种：石墨、金刚石和富勒烯。当时，对于碳纤维（已工业化应用）和碳纳米纤维都已经有了很充分的研究；在碳纳米管被发现之后，人们开始关注碳纳米管与碳纳米纤维之间的异同。

从表面上看，在晶体结构上，碳纳米纤维的晶化程度相对较差，缺陷较多，石墨层片排列不连续，直径较大，并不真正属于碳的晶体结构，或者仅算是石墨的一种衍生物。

在石墨烯在实验上被发现之前，一些微小石墨晶粒、晶须或石墨层片（层数较多）就已经被合成出来并被广泛研究。膨胀石墨也是基于剥离石墨的理念，相关技术发展纯熟，工业化应用已久。同单壁、双壁、薄壁碳纳米管之间的关系类似，除了严格意义上的石墨烯(单层)外，双层和少数层石墨层片在结构和性能上也都明显区别于块体石墨，在广义上也被归为石墨烯的范畴。

石墨烯的出现，引发了其与碳纳米管前景与未来的争论。不过，纳米管为代表的一维材料在同二维材料的较量中往往处于劣势。以碳纳米管为例，单根碳纳米管可被视作一根具有高长径比的单晶，但目前的合成和组装技术还无法获得具有宏观尺寸的碳纳米管晶体，从而限制了碳纳米管的应用。

石墨烯的优势在于本身即为二维晶体结构，具有几项破纪录的性能（强度、导电、导热），可实现大面积连续生长。因此，石墨烯在构建器件时不必经历复杂的分离过程，比碳纳米管的实用性更强。

信息来源：长石新能源
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