石墨是什么晶体(石墨是什么材料)

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物质在我们的生活中无处不在。科技飞速发展，材料和产品日新月异，潜力巨大。今天小廖带你认识一种新材料——石墨。

石墨是什么？

石墨是碳的同素异形体，是一种重要的无机非金属材料。呈深灰色，有金属质感，柔软油腻，可分为天然石墨和人造石墨。

关于天然石墨

天然石墨作为一种矿物，通常分为片状石墨和隐晶质石墨，一般形成于高温地质条件下，广泛分布于变质矿床中。由富含有机质或碳的沉积岩经区域变质作用形成，具有优异的抗热震性、化学稳定性、超高润滑性、热膨胀系数小、热导率大、耐高温、导电性好。

天然石墨是一种重要的矿物材料，广泛应用于机械、冶金、石化、轻工、电子、电器、国防、军工、航空航天等国民经济的各个领域，被誉为“万能”非金属材料之一。

天然石墨提纯的第一步通常采用物理选矿中的浮选方法，通过浮选工艺提纯可以得到固定碳含量为90%~98%的中高碳石墨。由于石墨矿物中的一些杂质以极细颗粒的形式侵染在石墨鳞片中，即使经过研磨，单体也不能完全解离。为了去除这些杂质，获得更高纯度的石墨，需要用化学方法或物理高温方法进行深度提纯。

深度净化方法主要包括:

碱酸法

氢氟酸法

氯化焙烧法

高温提纯法

石墨的应用

可膨胀/膨胀石墨

膨胀石墨是石墨层间化合物的衍生物，是由优质天然鳞片石墨经酸性氧化剂处理而成的层间化合物，也称酸化石墨。膨胀石墨具有比表面积大、吸附性强、耐高温、耐高压、密封性好、对各种介质耐腐蚀等优点，被广泛应用于各种行业。

氟石墨聚合物

氟化石墨是石墨的深加工产品之一，是目前最具经济前景的新型石墨制品。氟化石墨是由石墨碳和氟直接反应制备的一种层间化合物。高氟化度石墨具有优异的热稳定性，是电和热的绝缘体，不受强酸强碱腐蚀。由于氟化石墨具有许多优异的性能，在军事、航空、航天、冶金、机电、化工、特种材料等领域具有广阔的应用前景。

球形石墨

以优质高碳天然鳞片石墨为原料，通过先进的加工技术对石墨表面进行改性，生产出不同细度、椭圆形的石墨制品。球形石墨材料具有高结晶度、低成本和高理论嵌锂容量。具有优异的导电性和化学稳定性，充放电容量高，循环寿命长，环保。

人造金刚石

钻石俗称“金刚钻”，也就是我们常说的钻石。它是由纯碳构成的矿物，是自然界中最坚硬的物质。硬度高，耐磨性好，可广泛用于切削、磨削和钻孔。由于其高导热率和良好的电绝缘性，可用作半导体器件的散热板；具有优异的透光性和耐腐蚀性，在电子行业也有广泛的应用。

在石墨的应用中

我们想引入石墨烯。

关于石墨烯

石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维蜂窝状碳材料。其结构稳定，是世界上最薄最硬的材料。石墨烯具有许多独特的性质，例如具有零带隙的半导体性质、超高的费米速度、载流子迁移率和高热导率、良好的光传输特性和优异的机械性能。

石墨烯结构图

石墨烯具有室温量子霍尔效应、量子隧道效应等电子传导特性。因此，石墨烯在透明电极、晶体管、传感器、储能、高强度复合材料等方面具有广阔的应用前景。

此外，它还具有良好的生物相容性，特别是氧化石墨烯在生物和医学领域具有广阔的应用前景，如靶向给药、细胞成像、生物检测、肿瘤治疗等领域。

一种石墨烯的制备方法

#物理方法#

主要以石墨或膨胀石墨为原料，通过各种剥离技术直接获得单层或多层石墨烯片，包括微机械剥离法、液相剥离法、气相剥离法等。这些方法原料易得，操作简单，可获得大量的合成产品，但制备的产品片尺寸不易控制，耗时且产率低，从而限制了其定量生产。

#化学方法#

是目前石墨烯研究中广泛使用的一种方法，主要包括氧化还原法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、电化学法等。这些方法基本可以实现石墨烯的大规模制备。

石墨烯的应用

#场效应晶体管#

石墨烯具有很高的载流子迁移率、良好的机械性能和化学稳定性，因此大量研究者致力于石墨烯的场效应特性及其在场效应晶体管中的应用。

#传感器#

石墨烯具有二维层状结构，比表面积大，这是制备传感器的必要条件。石墨烯可以吸附一些气体分子或者生物物质。当分子吸附在其表面时，分子与石墨烯之间存在电荷转移，改变了石墨烯的电荷密度。石墨烯的导电性对周围环境的变化非常敏感，这使得石墨烯成为化学、生物和医学检测传感器最受欢迎的材料之一。

#化学电源#

石墨烯因其高导电性、大比表面积等独特的结构和物理化学性质，被尝试用于各种化学电源。

#透明电极#

透明电极对于各种光电子器件的操作非常重要，并且广泛用于高容量器件中。如显示器、触摸屏、太阳能电池和节能发光器件。

#催化剂，药物载体#

大量研究表明，炭载体的结构对催化剂的性能有很大影响。石墨烯具有规则的二维表面结构，可作为碳载催化剂的理想表面用于界面催化研究。石墨烯具有单原子层结构，比表面积大，由于其良好的生物相容性，也可以适用于药物载体。

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