碳纖維和石墨稀互為同素異形體,兩者是都由碳原子構(gòu)成的單質(zhì),但碳原子的排列方式不同。
碳纖維(carbonfibre),顧名思義,它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼具紡織纖維的柔軟可加工性,是新一代增強(qiáng)纖維。
與傳統(tǒng)的玻璃纖維(GF)相比,楊氏模量是其3倍多;它與凱芙拉纖維(KF-49)相比,不僅楊氏模量是其2倍左右,而且在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹,耐蝕性出類(lèi)拔萃。
有學(xué)者在1981年將PAN基CF浸泡在強(qiáng)堿NaOH溶液中,時(shí)間已過(guò)去20多年,它至今仍保持纖維形態(tài)。
石墨烯是一種二維晶體,最大的特性是其中電子的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。這使得石墨烯中的電子,或更準(zhǔn)確地,應(yīng)稱(chēng)為“載荷子”(electricchargecarrier),的性質(zhì)和相對(duì)論性的中微子非常相似。
人們常見(jiàn)的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的,石墨的層間作用力較弱,很容易互相剝離,形成薄薄的石墨片。
當(dāng)把石墨片剝成單層之后,這種只有一個(gè)碳原子厚度的單層就是石墨烯。
石墨烯比碳纖維強(qiáng)20倍
石墨烯(graphene)是有一層二維平面排列的碳原子層組成,其中的碳原子以sp2雜化連接,緊密排列在蜂巢晶體點(diǎn)陣上。sp2雜化碳原子的鍵長(zhǎng)為0.142nm。石墨烯是世界上最薄的二維材料,其厚度僅為0.35nm。石墨烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其具有許多的特殊性質(zhì)。由于是由單原子層構(gòu)成,石墨烯的比表面積極其大,其理論計(jì)算值高達(dá)2600m2/g??茖W(xué)家使用原子尺寸的金屬和鉆石探針對(duì)它們進(jìn)行穿刺,從而測(cè)試它們的強(qiáng)度,讓科學(xué)家震驚的是,石墨烯可能比鉆石還強(qiáng)硬,它的強(qiáng)度高達(dá)130GPa,比世界上最好的鋼鐵還高100倍,比高強(qiáng)碳纖維還高20倍。石墨烯的熱導(dǎo)率可達(dá)5000(W/(m•K),為金剛石的3倍。其載流子遷移率達(dá)15000cm2/Vs,是目前已知的具有最高遷移率的銻化銦的兩倍,比商用硅片的遷移率大10倍以上。
石墨烯的電子結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)也非常獨(dú)特。石墨烯是能隙為零的半導(dǎo)體,其價(jià)帶(π電子)和導(dǎo)帶(π*電子)相交于費(fèi)米能級(jí)處(K和K′點(diǎn)),在費(fèi)米能級(jí)附近其載流子呈現(xiàn)線(xiàn)性色散關(guān)系。石墨烯中電子的運(yùn)動(dòng)速度為到光速的1/300,其電子行為要用相對(duì)論量子力學(xué)中的狄拉克方程進(jìn)行描述,電子的有效質(zhì)量為零。
石墨烯還具有室溫量子霍爾效應(yīng),極性電場(chǎng)效應(yīng),室溫鐵磁性等特殊性質(zhì)。由于具有上述優(yōu)異的性能,石墨烯在許多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。例如,石墨烯可以用于制造超級(jí)電容器,晶體管,透明導(dǎo)電電極,集成電路,氣體傳感器增強(qiáng)填料等。
石墨烯引起了科學(xué)界的巨大興趣和廣泛關(guān)注,在其自2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)后的短短幾年時(shí)間內(nèi)已經(jīng)成為物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)等諸多學(xué)科的一個(gè)新興的研究熱點(diǎn)。
石墨烯是碳纖維的替代品,那么受沖擊最大的就是碳纖維,把石墨烯當(dāng)作利好炒作碳纖維事實(shí)上是大錯(cuò)特錯(cuò)。碳纖維和石墨稀的區(qū)別
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