2020年公务员考试常识积累：石墨烯

实践测试的常识判断测试涵盖的题目范围很广，一般包括政治、法律、经济、人文、地理、科技、生活等，需要长期不断积累。今天，公考（www.chinagwy.org）给大家带来的常识相关考点是“石墨烯”。

发现：2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫利用微机械剥离方法成功地将石墨烯从石墨中分离出来，并因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯是一种二维碳纳米材料，由具有sp2杂化轨道的碳原子组成，形成六角形蜂窝晶格。

石墨烯具有优异的光学、电学、机械性能，在材料科学、微纳加工、能源、生物医学、药物输送等领域具有重要的应用前景。它被认为是未来的革命性材料。

石墨烯内部碳原子的排列与石墨单原子层相同，以sp2杂化轨道键合，具有以下特点：碳原子有4个价电子，其中3个产生sp2键，即每个碳原子有一个位于pz轨道的未成键电子，与相邻原子的pz轨道垂直于平面形成键，新形成的键处于半填充状态。研究证实，石墨烯中碳原子的配位数为3，每两个相邻碳原子之间的键长为1.4210-10米，键间夹角为120。除了键与其他碳原子相连形成六方环的蜂窝层状结构外，垂直于每个碳原子层平面的pz轨道可以形成贯穿整个层的多原子大键（类似于苯环）。它具有优异的导电性和光学性能。

石墨烯材料定义

石墨烯联盟标准《石墨烯材料的术语、定义及代号》（T/CGIA001-2017）将“石墨烯材料”的概念定义为：由石墨烯单独或堆叠构成的碳纳米材料，层数不超过10层。

准备

机械剥离法、氧化还原法、定向外延法、碳化硅外延法、Hemmer法、化学气相沉积法（CVD）。

表现

优异的导电、导热、机械和光学性能：单层石墨烯具有巨大的比表面积（2 630 m2/g）；高电子迁移率（~2105 cm2/（V·s））；高导热率（5 000 W/(m·K)）；超高机械强度（杨氏模量1.1TPa）；高透光率（~97.7%）；化学稳定性好。

机械性能

石墨烯是已知最坚固的材料之一。它还具有良好的韧性，可以弯曲。石墨烯的理论杨氏模量为1.0TPa，固有拉伸强度为130GPa。氢等离子体改性的还原石墨烯也具有非常好的强度，平均模量可以大0.25TPa。由石墨烯薄片组成的石墨纸有很多孔隙，因此石墨纸显得很脆。然而，通过氧化得到功能化石墨烯，然后用功能化石墨烯制成的石墨纸将非常坚固和坚固。

电子效应

石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/(V·s)，是硅材料的10倍以上。它就是目前已知载流子迁移率最高的材料——锑化铟（InSb）。超过两次。在某些条件下，例如低温下，石墨烯的载流子迁移率甚至可以高达250,000cm2/(V·s)。与许多材料不同，石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小。在50至500K之间的任何温度下，单层石墨烯的电子迁移率约为15,000cm2/(V·s)。

热性能

石墨烯具有非常好的导热性能。纯无缺陷单层石墨烯导热系数高达5300W/mK，是迄今为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管（3500W/mK）和多壁碳纳米管（3000W/mK）。当它作为载体时，导热系数也可以达到600W/mK。另外，石墨烯的弹道导热系数可以降低碳纳米管单位周长和长度的弹道导热系数的下限。

应用

传感器、晶体管、柔性显示器、新能源电池、海水淡化、储氢材料、航空航天、感光元件、复合材料。

复习问题以巩固

石墨烯是由碳原子整齐排列成六方晶格组成的碳元素，其结构非常稳定。下列对石墨烯的描述不正确的是（ ）

A.它是世界上迄今为止发现的最薄、最硬的物质

B安德烈·海姆(Andre Geim) 和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov) 于2005 年制备出石墨烯

C、具有优良的导电性，电子移动的速度远远超过金属导体或半导体中电子的速度。

D导热系数超过所有已知物质

【分析】B. Andre Geim 和Konstantin Novoselov 于2004 年制备了石墨烯，错误B。

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