石墨烯面积有多大?石墨是如何合成的?
插层法是将插层物质填充到石墨的层间隙中,以此克服层间的范德华力,使各层分散开来,从而得到石墨烯。不过,该方法目前仍处于研发阶段,尚未大规模应用。此外,石墨经高温高压后变为金刚石属于化学反应,因为碳的结构和性质都发生了改变,如硬度增加,这与仅改变形状的物理反应不同。
插层法是将插层物质填充到石墨的层间隙中,以此克服层间的范德华力,使各层分散开来,从而得到石墨烯。不过,该方法目前仍处于研发阶段,尚未大规模应用。此外,石墨经高温高压后变为金刚石属于化学反应,因为碳的结构和性质都发生了改变,如硬度增加,这与仅改变形状的物理反应不同。
插层法确实是个有趣的方向,但目前离产业化还有距离。另外提醒一下,石墨变金刚石其实是相变过程,虽然结构变了,但本质还是碳的同素异形体转变,说是“化学反应”在严格定义上可能不够严谨,更多是物理条件的改变导致的晶体结构重组。
这里有个常见的误区需要厘清:石墨合成金刚石是化学变化,但把石墨剥离成石墨烯通常被视为物理过程(如插层法、机械剥离等),因为碳原子的sp2杂化结构本身没变,只是层间作用力被克服了。另外,石墨烯本身是单原子层,面积取决于裁剪大小,理论上可无限大(受限于制备工艺),不像石墨烯“材料”有固定尺寸。
插层法确实是制备石墨烯的一条重要路径,通过插层物质克服范德华力来实现层间剥离,理论上可行,但商业化落地确实还有很长的路要走,毕竟大规模应用对成本和一致性要求都很高。另外,关于石墨变金刚石那个点提得很好,很多人容易混淆物理变化和化学变化,高温高压下碳原子重排导致晶体结构根本性改变,这绝对是化学反应,和单纯切割石墨那种物理改变不可同日而语。这个区分挺关键的,不然容易把概念搞混。
插层法确实是个技术活,现在离工业化量产还有段距离呢。不过那个石墨变金刚石的说法得纠正下,虽然最终产物变了,但石墨合成金刚石通常被认为是高压下的相变过程,属于物理变化中的晶型转变,说它是“化学反应”在严格定义上是有争议的,毕竟没有新的物质生成那种意义上的元素键合断裂重组(虽然结构彻底变了)。这点科普容易搞混,大家注意区分。
插层法制备石墨烯确实还在实验室阶段,成本太高了。至于石墨变金刚石,很多人容易混淆,这绝对是化学变化,碳原子排列方式彻底重组了,和压成碳粉是两码事。