石墨矿基本知识
石墨本为无名鼠辈，然2010年的诺贝尔物理学奖，使石墨一夜扬名四海，风光无限。
借着石墨矿的传说与光环，中国宝安股上窜下跳，令人心惊肉跳，欲仙欲死。
石墨矿究有何种神奇，请听我说！
一、石墨特性、分类及用途
（一）石墨基本性质
关于石墨的发现和利用，有案可据的，当首推《水经注》，书中载“洛水侧有石墨山。山石尽黑，可以书疏，故以石墨名山矣。”考古发现，早在3000多年前商代，中国就有用石墨书写的文字，一直延续至东汉末年(公元220年)，石墨作为书墨才被松烟制墨所取代。清朝道光年间(公元1821-1850年)，湖南郴州农民开采石墨做燃料，称之为“油碳”。
石墨英文名Graphite，源于希腊文“graphein”，意为“用来写”。由德国化学家和矿物学家A.G.Werner 于1789命名。
石墨分子式为C，分子量为12.01。天然石墨呈铁黑色、钢灰色，条痕亮黑色，金属光泽，不透明。晶体属复六方双锥晶类，沿{0001}呈六方板状晶体，常见单形有平行双面、六方双锥、六方柱，但完好晶形少见，一般呈鳞片状或板状。晶胞参数：a0=0.246nm，
c0=0.670nm。典型的层状结构，碳原子成层排列，每个碳与相邻的碳之间等距相连，每一层中的碳按六方环状排列，上下相邻层的碳六方环通过平行网面方向相互位移后再叠置形成层状结构，位移的方位和距离不同就导致不同的多型结构。上下两层的碳原子之间距离比同一层内的碳之间的距离大得多（层内C-C间距=0.142nm，层间C-C间距=0.340nm）。具{0001}完全解理，比重2.09-2.23，比表面积5-10m2/g。硬度具异向
性，垂直解理面为3-5，平行解理面为1-2。集合体常为鳞片状，块状和土状。石墨薄片具良好的导电性和导热性。矿物薄片在透射光下一般不透明，极薄片能透光，呈淡绿灰色，一轴晶，折射率1.93～2.07，在反射光下呈浅棕灰色，反射多色性明显，Ro灰色带棕，Re深蓝灰色，反射率Ro23(红)，Re5.5(红)，反射色、双反射均显著，非均质性强，偏光色为稻草黄色。鉴定特征铁黑色，硬度低，一组极完全解理，具挠性，有滑感，易污手。若将硫酸铜溶液润湿的锌粒放在石墨上，则可析出金属铜斑点，而与之相似的辉钼矿则无此反应。
石墨是元素碳的一种同素异形体（其它同素异形体有金刚石、碳60、碳纳米管和石墨烯），每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子（排列方式呈蜂巢式的多个六边形）以共价键结合，构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，
因此石墨属于导电体。解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮性很好。鉴于石墨特殊的成键方式，不能单一的认为石墨是单晶体或者是多晶体，现在普遍认为石墨是一种混合晶体。
（二）石墨分类按石墨结晶形态和工艺特性，将天然石墨分为三类：
1．致密结晶状石墨
致密结晶状石墨又叫块状石墨。此类石墨结晶明显，晶体肉眼可见。颗粒直径大于0．1毫米，比表面积范围集中在0.1-1m2/g，晶体排列杂乱无章，呈致密块状构造。这类石墨矿品位很高，一般含碳量为60～65%，有时达80～98%，但其可塑性和滑腻性不如鳞片石墨好。
2．鳞片石墨
鳞片石墨晶体呈鳞片状；这是在高温高压下变质而成的，有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨矿品位不高，一般在2～3%，或10～25%之间。它是自然界中可浮性最好的矿石之一，经过多磨多选可得高品位石墨精矿。这类石墨的可浮性、润滑性、可塑性均比其他类型石墨优越，因此其工业价值最大。
3．隐晶质石墨
隐晶质石墨又称微晶石墨或土状石墨，这种石墨的晶体直径一般小于1微米，比表面积范围集中在1-5m2/g，是微晶石墨的集合体，只有在电子显微镜下才能见到晶形。此类石墨的特点是表面呈土状，缺乏光泽，润滑性比鳞片石墨稍差。品位较高，一般固定碳含量60～85%。少数高达90%以上。一般应用于铸造行业比较多。
主要蕴藏在湖南郴州鲁塘。随着石墨提纯技术的提高，土状石墨的应用将越来越广泛。
人造石墨（特种石墨），按成型方式可分为：
1．等静压石墨（三高石墨），但并非三高就是等静压；2．模压石墨；3．挤压石墨，多为电极材料。
按石墨颗粒度分为：
1、细结构石墨；
2、中粗石墨（一般的颗粒度在0.8mm左右）；
3、电极石墨（2-4mm）。
（三）石墨工艺性质与用途
石墨具有如下特殊性质：
1）耐高温性：石墨熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量损失很小，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。
2）导电、导热性：石墨导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。
3）润滑性：石墨润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。
4）化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。
5）可塑性：石墨的韧性好，可碾成很薄的薄片。
6）抗热震性：石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。
7）高传导透明性：碳原子构成的单层片状结构二维晶体--石墨烯，导电导热透明，无与伦比。
石墨的用途主要有：
1、耐火材料：石墨及其制品具有耐高温、高强度的性质，冶金工业上主要用来制造石墨坩埚，炼钢上常用石墨作钢锭之保护剂，冶金炉的内衬。
2、导电材料：在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极，石墨垫圈、电话零件，电视机显像管的涂层等。
3、耐磨润滑材料：润滑油往往不能在高速、高温、高压的条件下使用，而石墨耐磨材料可在200-2000 ℃温度及很高滑动速度下，代替润滑油工作。许多输送腐蚀介质的设备，广泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和轴承，它们运转时勿需加入润滑油。石墨乳也是许多金属加工(拔丝、拉管)时的良好的润滑剂。
4、良好的化学稳定性：经特殊加工的石墨，具有耐腐蚀、导热性好，渗透率低等特点，大量用于制作热交换器，反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备。广泛应用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门，可节省大量的金属材料。
5、铸造、翻砂、压模及高温冶金材料：因石墨的热膨胀系数小，且能耐急冷急热的变化，可作为玻璃器的铸模，使用石墨后黑色金属得到铸件尺寸精确，表面光洁成品率高，不经加工或稍作加工就可使用，因而
节省了大量金属。生产硬质合金等粉末冶金工艺，通常用石墨材料制成压模和烧结用的瓷舟。单晶硅的晶体生长坩埚，区域精炼容器，支架夹具，感应加热器等都是用高纯石墨加工而成的。此外石墨还可作真空冶炼的石墨隔热板和底座，高温电阻炉炉管，棒、板、格棚等元件。
6、原子能工业和国防工业：石墨具良好的中子减速剂用于原子反应堆中，铀一石墨反应堆是目前应用较多的一种原子反应堆。作为动力用的原子能反应堆中的减速材料应具有高熔点，稳定，耐腐蚀的性能，石墨完全可以满足上述要求。作为原子反应堆用的石墨纯度要求很高，杂质含量不应超过几十个PPM 。特别是其中硼含量应少于0.5PPM 。国防工业中还用石墨制造固体燃料火箭的喷嘴，导弹的鼻锥，宇宙航行设备的零件，隔热材料和防射线材料。
7、防锅炉结垢：在水中加入一定量的石墨粉(每吨水大约用4-5 克)能防止锅炉表面结垢。此外石墨涂在金属烟囱、屋顶、桥梁、管道上可以防腐防锈。
8、铅笔芯、颜料、抛光剂：石墨经过特殊加工以后，可制作各种特殊材料用于有关工业部门。
9、电极：石墨电极较之铜最极优点多多，1）加工速度更快，比铜的加工速度快2-5倍，放电加工速度比铜快2-3倍；2）材料更不容易变形，在薄筋电极的加工上优势明显，铜的软化点在1000度左右，易受热变形，而石墨升华温度为3650度，热膨胀系数仅为铜的1/30；3）重量更轻，石墨密度只有铜的1/5；4）放电消耗更小，因火花油中含有C原子，在放电加工时，高温导致火花油中的C原子被分解出来，转而在石墨电极的表面形成保护膜，补偿了石墨电极的损耗；4）没有毛刺，铜电极加工完成后，需手工修整以去除毛刺，而石墨加工后没有毛刺，节约了大量成本，同时更容易实现
自动化生产；5）石墨更易研磨和抛光；由于石墨的切削阻力只有铜的1/5，更容易进行手工的研磨和抛光；6）材料成本更低，价格更稳定，相同体积下，东洋炭素的普遍性石墨产品的价格比铜的价格低30%～60%，且价格更稳定，短期价格波动非常小。石墨逐渐取代铜成为EDM电极的首选材料。
10、最薄最坚硬的纳米材料-石墨烯：有望在新材料与现代电子科技领域引发一轮革命。
二、石墨矿床地质
（一）石墨矿石特征与分类
在自然界中，没有发现纯净的石墨。石墨中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等杂质。这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物形式出现。此外，还有水、沥青、CO2、H2、CH4、N2等气体部分。因此
对石墨的分析，除测定固定碳含量外，还必须同时测定挥发分和灰分的含量。
在自然界中，石墨是在高温下形成的变质矿床，是富含有机质或碳质沉积岩经变质作用形成的，常见于大理岩、片岩、变粒岩和片麻岩中。煤层经热变质，也可形成石墨。中国山东省莱西市（石墨探明储量687.11万吨，现保有储量639.93万吨）、吉林省磐石市（石墨储量500 万吨）、黑龙江鸡西市柳毛、湖南郴州宜章鲁塘等产石墨矿。世界著名产地有纽约Ticonderoga 和马达加斯加和Ceylon等。
按结晶形态，将石墨矿石分为晶质(鳞片状)石墨矿石和隐晶质(土状)石墨矿石两大类。
晶质石墨矿石又可分为鳞片状和致密状两种。致密状晶质石墨只见于新疆托克布拉等个别矿床中，工业价值不大。
鳞片状石墨矿石结晶较好，形似鱼鳞状，晶体粒径大于1μm，一般为0.05～1.5mm，大的可达5～10mm，多呈集合体。矿石品位较低，一般为3-13.5%。伴生的矿物有云母、长石、石英、透闪石、透辉石、石榴石和少量硫铁矿、方解石等，有时还伴有金红石，钒云母等有用组分。矿体呈层状、似层状或透镜状，矿石硬度中等或中硬偏软。
鳞片状石墨矿石按其所赋存岩石的岩性不同，分片麻岩型、片岩型、透辉岩型、变粒岩型、混合岩型、大理岩型及花岗岩型等七种，前六种矿石类型产于区域变质成因矿床中，后一种矿石类型则产于岩浆热液成因矿床中。
根据固定碳含量，可将鳞片状石墨分为高纯石墨、高碳石墨、中碳石墨及低碳石墨4类。
高纯石墨(固定碳含量大于或等于99.9%)主要用于柔性石墨密封材料，代替白金坩埚用于化学试剂熔融及润滑剂基料等；
高碳石墨(固定碳含量94.0%～99.9%)主要用于耐火材料、润滑剂基料、电刷原料、电碳制品、电池原料、铅笔原料、填充料及涂料等；
中碳石墨(固定碳含量80%～94%)主要用于坩埚、耐火材料、铸造材料、铸造涂料、铅笔原料、电池原料及染料等；
低碳石墨(固定碳含量大于或等于50.0%～80.0%)主要用于铸造涂料。
隐晶质石墨矿石（曾称土状石墨或无定形石墨、微晶石墨），系微小的天然石墨晶体构成的致密状集合体
（微晶集合体），晶体粒径小于1μm，只有在电子显微镜下才能观察到其晶形。矿石呈灰黑色、钢灰色，一般光泽暗淡，具有致密块状、土状及层状、页片状构造。隐晶质石墨矿多产于接触变质煤系变质页岩中，矿体呈层状、似层状、带状及透镜状，矿石呈土状，松软、易碎、滑腻。隐晶石墨的工艺性能不如鳞片状石墨，工业应用范围也较小，矿石品位一般都较高，但矿石可选性差。矿物成分以石墨为主，伴生有红柱石、水云母、绢云母及少量黄铁矿、电气石、褐铁矿、方解石等。品位一般为60～80%、灰分为15～22%、挥发分为1～2%、水分为2～7%。
根据含铁量，可将隐晶质（微晶)石墨分为有铁和无铁两类。依照产品固定碳含量、最大粒径分为60个牌号，各种牌号石墨产品其外观要求产品中不得有肉眼可见的木屑、铁屑、石粒等杂物，产品不被其他杂质污染。
微晶石墨中酸溶铁含量不大于1%者，主要用于铅笔、电池、焊条、石墨乳剂、石墨轴承的配料及电池碳棒的原料等；无铁要求的微晶石墨主要用于铸造材料、耐火材料、染料及电极糊等原料。
根据硬度不同，可将隐晶质石墨矿石分为软质石墨与硬质石墨两种。软质石墨矿石变质彻底，质量好；硬质石墨一般为石墨与无烟煤的过渡带，质量次。
片麻岩类石墨矿石包括石墨花岗片麻岩、石墨黑云斜长片麻岩、石墨夕线透辉片麻岩、石墨辉石片麻岩等。石墨呈鳞片状或聚片状，与黑云母等片状矿物或透闪石、夕线石等纤维状矿物紧密共生，一般顺片麻理作定向排列，较均匀地分布于长石、石英等脉石矿物颗粒之间。石墨片径0.04～4mm，往往随脉石颗粒的大小而变化，脉石颗粒粗的其周围石墨片径大，一般以0.1～0.5mm较多。
片岩类石墨矿石包括石墨片岩、石墨石英片岩、云母石墨片岩、石英石墨片岩等。石墨呈鳞片集合体与云母、绢云母等片状矿物紧密共生，顺片理定向排列于石英、斜长石等粒状矿物之间。石墨片径0.01～1.5mm，以0.1～0.2mm的较多。
石墨大理岩、石墨透辉岩、石墨变粒岩都具有粒状变晶结构和块状构造。矿石中石墨往往呈鳞片状或不规则片状，杂乱浸染于脉石矿物颗粒间或解理内，构成填隙结构。石墨片径在变粒岩型矿石中一般为0.1～0.3mm，在大理岩型矿石中一般为0.1～0.5mm，在透辉岩型矿石中一般为0.5-1mm，大的可达5～10mm。石墨混合岩一般是作为混合岩化产物叠加于片麻岩、片岩或变粒岩类矿石之上，常呈条带状或脉状。因大量石英的加入，混合岩化重熔再结晶，组分迁移以及再分
配的结果，矿石的矿物成分与结构构造很不均匀，出现条带状构造、眼球状构造及阴影构造，化学成分变化大。矿石固定碳含量一般为2.5%～4.5%，石墨鳞片分布不均匀，有时局部富集，片径增大，一般为0.2～0.5mm。
花岗岩类矿石是由岩浆热液不同阶段结晶矿物和石墨组成的各种含石墨花岗岩，与石墨共生的矿物比较复杂，常含多种金属和稀有金属矿物。石墨呈浸染状分布于花岗岩中，
在一些富气液的岩浆矿床中，石墨可呈球状、豆状聚积，构成球状石墨花岗岩，石墨片径一般为0.1～0.2mm。
赋存于板岩和千枚岩中的隐晶质石墨矿石，石墨呈隐晶质鳞片集合体为主，粒径一般在0.2mm左右，主要为
无定形花瓣状、叠层状，一般含有部分微晶鳞片石墨，片径大的可达1～2μm，与石墨共生的有伊利石或高岭石等粘土矿物，以及石英、水云母、绢云母、红柱石、黄铁矿等。
隐晶质石墨矿石常残留原岩的层理构造，变质不彻底的部分还可含部分未变质的无烟煤，保留煤岩结构。（二）石墨矿床工业指标
1、晶质(鳞片状)石墨矿
1）风化矿石：边界品位2-3%固定碳；工业品位2.5～3.5%固定碳；露采可采厚度2～4m；露采夹石剔除厚度1～4m；剥采比不大于3﹕1～4﹕1。
石墨烯基础知识简介
1. 石墨烯（Graphene）的结构 石墨烯是一种由碳原子以sp 2杂化轨道组成六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的二维材料。如图1.1 所示，石墨烯的原胞由晶格矢量a1 和a2 定义每个原胞内有两个原子，分别位于A和B的晶格上。C原子外层3 个电子通过sp2杂化形成强σ键（蓝），相邻两个键之间的夹角120°，第4 个电子为公共，形成弱π键（紫）。石墨烯的碳- 碳键长约为0.142nm，每个晶 格内有三个σ键，所有碳原子的p 轨道均与sp 2杂化平面垂直，且以肩并肩的方式形成一个离域π键，其贯穿整个石墨烯。 如图1.2 所示，石墨烯是富勒烯（0 维）、碳纳米管（1 维）、石墨（3 维） 的基本组成单元，可以被视为无限大的芳香族分子。形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂巢状的晶格结构，看上去就像由六边形网格构成的平面。每个碳原子通过sp 2杂化与周围碳原子构成正六边形，每一个六边形单元实 际上类似一个苯环，每一个碳原子都贡献一个未成键的电子，单层石墨烯的厚度仅为0.335nm，约为头发丝直径的二十万分之一。 图1.1 （a）石墨烯中碳原子的成键形式（b）石墨烯的晶体结构。
图1.2 石墨烯原子结构图及它形成富勒烯、碳纳米管和石墨示意图 石墨烯按照层数划分，大致可分为单层、双层和少数层石墨烯。前两类具有相似的电子谱，均为零带隙结构半导体（价带和导带相较于一点的半金属），具有空穴和电子两种形式的载流子。双层石墨烯又可分为对称双层和不对称双层石 墨烯，前者的价带和导带微接触，并没有改变其零带隙结构；而对于后者，其两 片石墨烯之间会产生明显的带隙，但是通过设计双栅结构，能使其晶体管呈示出明显的关态。 单层石墨烯（Graphene）：指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期 性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。 双层石墨烯（Bilayer or double-layer graphene ）：指由两层以苯环结构 （即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 少层石墨烯（Few-layer or multi-layer graphene ）：指由3-10 层以苯环 结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC 堆垛，ABA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 石墨烯（Graphenes）：是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和少
石墨矿基本知识要点
石墨本为无名鼠辈，然2010年的诺贝尔物理学奖，使石墨一夜扬名四海，风光无限。 借着石墨矿的传说与光环，中国宝安股上窜下跳，令人心惊肉跳，欲仙欲死。 石墨矿究有何种神奇，请听我说！ 一、石墨特性、分类及用途 （一）石墨基本性质 关于石墨的发现和利用，有案可据的，当首推《水经注》，书中载“洛水侧有石墨山。山石尽黑，可以书疏，故以石墨名山矣。”考古发现，早在3000多年前商代，中国就有用石墨书写的文字，一直延续至东汉末年(公元220年)，石墨作为书墨才被松烟制墨所取代。清朝道光年间(公元1821-1850年)，湖南郴州农民开采石墨做燃料，称之为“油碳”。
石墨英文名Graphite，源于希腊文“graphein”，意为“用来写”。由德国化学家和矿物学家A.G.Werner 于1789命名。 石墨分子式为C，分子量为12.01。天然石墨呈铁黑色、钢灰色，条痕亮黑色，金属光泽，不透明。晶体属复六方双锥晶类，沿{0001}呈六方板状晶体，常见单形有平行双面、六方双锥、六方柱，但完好晶形少见，一般呈鳞片状或板状。晶胞参数：a0=0.246nm， c0=0.670nm。典型的层状结构，碳原子成层排列，每个碳与相邻的碳之间等距相连，每一层中的碳按六方环状排列，上下相邻层的碳六方环通过平行网面方向相互位移后再叠置形成层状结构，位移的方位和距离不同就导致不同的多型结构。上下两层的碳原子之间距离比同一层内的碳之间的距离大得多（层内C-C间距=0.142nm，层间C-C间距=0.340nm）。具{0001}完全解理，比重2.09-2.23，比表面积5-10m2/g。硬度具异向
性，垂直解理面为3-5，平行解理面为1-2。集合体常为鳞片状，块状和土状。石墨薄片具良好的导电性和导热性。矿物薄片在透射光下一般不透明，极薄片能透光，呈淡绿灰色，一轴晶，折射率1.93～2.07，在反射光下呈浅棕灰色，反射多色性明显，Ro灰色带棕，Re深蓝灰色，反射率Ro23(红)，Re5.5(红)，反射色、双反射均显著，非均质性强，偏光色为稻草黄色。鉴定特征铁黑色，硬度低，一组极完全解理，具挠性，有滑感，易污手。若将硫酸铜溶液润湿的锌粒放在石墨上，则可析出金属铜斑点，而与之相似的辉钼矿则无此反应。 石墨是元素碳的一种同素异形体（其它同素异形体有金刚石、碳60、碳纳米管和石墨烯），每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子（排列方式呈蜂巢式的多个六边形）以共价键结合，构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，
石墨烯基本特性
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用高度定向的热解石墨首次获得了独立存在的高质量石墨烯，打破了传统的物理学观点:二维晶体在常温下不能稳定存在。两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是一种碳原子分布在二维蜂巢晶体点阵上的单原子层晶体。被认为是构建所有其他维数石墨材料的基本单元，它可以包裹成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨，如图所示。石墨烯晶体C-C键长为0.142nm，每个碳原子4 个价电子中的3 个通过σ键与临近的3个碳原子相连，S、Px 和Py3个杂化轨道形成强的共价键合，组成sp2杂化结构。这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。拉伸强度高达130Gpa，破坏强度为42N/m，杨氏模量为1.0TPa,断裂强度为125Gpa 与碳纳米管相当。石墨烯的厚度仅为0.35nm左右，是世界上最薄的二维材料。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。（百度百科）石墨烯的硬度比最好的钢铁强100倍，甚至还要超过钻石，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料。
石墨烯结构示意图（10） 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。传统的半导体和导体，例如硅和铜，由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这种方式浪费了72%-81%的电能。而在石墨烯中，每个碳原子都有一个垂直于碳原子平面的σz轨道的未成键的p电子，在晶格平面两侧如苯环一样形成高度巡游的大π键，可以在晶体中自由高效的迁移，且运动速度高达光速的1/300，电子能量不会被损耗，赋予了石墨烯良好的导电性。晶格平面两侧高度巡游的大π键电子又使其具有零带隙半导体和狄拉克载流子特性宽
四年级下册科学岩石和矿物知识点
四年级下册科学第四单元《岩石和矿物》知识点 四年级下册科学第四单元《岩石和矿物》知识点 第四单元岩石和矿物 1、岩石是地球的重要组成部分。 2、山上的岩石、地下的岩石和海底的岩石，它们严严实实地拼接在一起，形成了地球的坚硬外壳。第一课各种各样的岩石 1、观察岩石的方法：用眼看、用手摸、用鼻子闻、用刀刻划、用锤敲等。 2、我们可以用什么样的词语描述岩石的特点？光滑、粗糙；轻重，透明、不透明；闪亮，暗淡；有光泽、无光泽等。 3、岩石是什么样子的？答：岩石都是天然的，岩石比较重，一般很硬，有的粗糙不光滑，大多数不透明。 4、根据岩石的成因，把岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三类。第二课认识几种常见的岩石 1、页岩、砂岩、石灰岩、砾岩、大理岩、花岗岩等岩石是我们常见的岩石。 2、常见的矿物有哪些？答：常见的矿物有石盐、石墨、硫黄、金刚石、石膏等。 3、除了用我们的感觉器官观察岩石外，还可以用什么方法观察岩石？答：①、用放大镜观察岩石颗粒②、岩石相互敲击③、在岩石上滴盐酸 4、岩石学家常常在放大镜和显微镜下仔细观察岩石薄片的成分和颗粒组成，对岩石种类作出判断。 5、岩石（颗粒的大小）和（结构）也是鉴别岩石种类的重要特征，我们可以根据不同岩石的颗粒状况，鉴别岩石的种类。第三课岩石的组成 1、花岗岩的三种成分是石英、长石、云母，它们各有什么特点？答：石英：有规则的颗粒，具有玻璃或油脂的光亮，半透明；长石：颜色淡红或浅黄，半透明，具有玻璃光泽；云母：褐色，片状，有光泽。 2、石英、长石和云母都是自然界的矿物。矿物在自然界中很少单独存在，通常都是几种混杂在一起组成岩石。花岗岩是由石英、长石和云母组成的。 3、世界上已经发现的矿物有 4000 种。我们身边有许多矿物制成的物品，比如我们吃的盐，点豆腐用的石膏，做铅笔芯的石墨，中药用的雄黄，做首饰的金、银和钻石等。第四课观察、描述矿物（一） 1、颜色是最容易观察到的矿物的特征，也是辨认矿物的重要根据之一。有些矿物具有多种色彩，有些不同的矿物却具有相同的色彩。 2、很多矿物是以颜色的名字命名的，如赤铁矿是红色的，褐铁矿是褐色的，黄铜矿是黄色的，白钨矿是白色的。（P72）
石墨矿情况介绍
石墨矿情况介绍 一、石墨简介 （一）石墨概念 石墨（graphite）是有机成因的碳质物变质而成，最常见于大理岩、片岩或片麻岩中。煤层可经热变质作用部分形成石墨，而少量石墨则是火成岩的原生矿物。石墨由于其特殊结构，具有耐高温性、抗热震性、导电性、润滑性、化学稳定性以及可塑性等众多特性，一直是军工与现代工业及高、新、尖技术发展中不可或缺的重要战略资源，石墨应用范围广泛，国际曾有专家预言“20世纪是硅的世纪，21世纪将是碳的世纪”。 石墨鉴定特征：1、铁黑色，硬度低，一组极完全解理，有滑感和染手。2、石墨是在高温下形成。3、石墨最常见于大理岩、片岩或片麻岩中，是有机成因的碳质物变质而成。煤层可经热变质作用部分形成石墨。少量石墨是火成岩的原生矿物。石墨也常见于陨石中，一般为团块状，以一定方位关系组成立方体外形的多晶集合体称方晶石墨。 （二）石墨的分类 1、天然石墨 按石墨结晶形态和工艺特性，将天然石墨分为三类： （1）致密结晶状石墨
致密结晶状石墨又叫块状石墨。此类石墨结晶明显，晶体肉眼可见。颗粒直径大于0．1毫米，比表面积范围集中在0.1-1m2/g，晶体排列杂乱无章，呈致密块状构造。这类石墨矿品位很高，一般含碳量为60～65%，有时达80～98%，但其可塑性和滑腻性不如鳞片石墨好。 （2）鳞片石墨 鳞片石墨晶体呈鳞片状；这是在高温高压下变质而成的，有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨矿品位不高，一般在2～3%，或10～25%之间。它是自然界中可浮性最好的矿石之一，经过多磨多选可得高品位石墨精矿。这类石墨的可浮性、润滑性、可塑性均比其他类型石墨优越，因此其工业价值最大。 （3）隐晶质石墨 隐晶质石墨又称微晶石墨或土状石墨，这种石墨的晶体直径一般小于1微米，比表面积范围集中在1-5m2/g，是微晶石墨的集合体，只有在电子显微镜下才能见到晶形。此类石墨的特点是表面呈土状，缺乏光泽，润滑性比鳞片石墨稍差。品位较高，一般固定碳含量60～85%。少数高达90%以上。一般应用于铸造行业比较多。主要蕴藏在湖南郴州鲁塘。随着石墨提纯技术的提高，土状石墨的应用将越来越广泛。 2、人造石墨
石墨烯性能简介
第一章石墨烯性能及相关概念 1 石墨烯概念 石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯狭义上指单层石墨，厚度为0.335nm，仅有一层碳原子。但实际上，10层以内的石墨结构也可称作石墨烯，而10层以上的则被称为石墨薄膜。单层石墨烯是指只有一个碳原子层厚度的石墨，碳原子-碳原子之间依靠共价键相连接而形成蜂窝状结构。完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构，由六边形晶格组成，理论比表面积高达2.6×102m2 /g。石墨烯具有优异的导热性能(3×103W/(m?K))和力学性能(1.06×103 GPa)。此外，石墨烯稳定的正六边形晶格结构使其具有优良的导电性，室温下的电子迁移率高达1.5×104 cm2 / (V·s)。石墨烯特殊的结构、突出的导热导电性能和力学性能，引起科学界巨大兴趣，成为材料科学研究热点。 石墨烯结构图
2 石墨烯结构 石墨烯指仅有一个原子尺度厚单层石墨层片，由 sp2 杂化的碳原子紧密排列而成的蜂窝状晶体结构。石墨烯中碳 -碳键长约为 0.142nm。每个晶格内有三个σ键，连接十分牢固形成了稳定的六边状。垂直于晶面方向上的π键在石墨烯导电的过程中起到了很大的作用。石墨烯是石墨、碳纳米管、富勒烯的基本组成单元，可以将它看做一个无限大的芳香族分子，平面多环烃的极限情况就是石墨烯。 形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构，看上去就像一张六边形网格构成的平面。在单层石墨烯中，每个碳原子通过 sp2 杂化与周围碳原子成键给构整流变形，每一个六边单元实际上类似苯环，碳原子都贡献出个一个未成键电子。单层石墨烯厚度仅0.35nm ，约为头发丝直径的二十万分之一。 石墨烯的结构非常稳定，碳原子之间连接及其柔韧。受到外力时，碳原子面会发生弯曲变形，使碳原子不必重新排列来适应外力，从而保证了自身的结构稳定性。 石墨烯是有限结构，能够以纳米级条带形式存在。纳米条带中电荷横向移动时会在中性点附近产生一个能量势垒，势垒随条带宽度的减小而增大。因此，通过控制石墨烯条带的宽度便可以进一步得到需要的势垒。这一特性是开发以石墨烯为基础的电子器件的基础。
教科版四年级科学下册知识点总结第四单元岩石和矿物
第四单元岩石和矿物 一、岩石的知识 1、我们能告诉别人什么是岩石，岩石是什么样子的吗？各种各样的岩石有什么相同和不同？ 答：岩石都是天然的、比较坚硬，它们在地球上广泛分布。 岩石在颜色、软硬、轻重、表面有无花纹、光滑还是粗糙等方面是各种各样的。2、我们观察岩石的方法 ．．有：（用手摸）、（用鼻闻）、（轻轻敲打）、（放在水里）、（用指甲、铜钥匙或小刀等刻划）、（滴盐酸）等。 3、我们可以观察岩石的（颜色）、（条痕）、（软硬）、（光泽）、（气味）、（花纹）、（轻重）等来描述岩石。 4、常见 ．．的岩石有：（花岗岩）、（砾岩）、（砂岩）、（石灰岩）、（页岩）、（板岩)、(大理岩)、(浮石)等。 5、遇盐酸冒泡 ．．．．．的岩石和矿物有：（石灰岩）、（大理岩）、（方解石）； 常有化石 ．．．．的岩石有：（石灰岩)、(页岩)。 6、稀盐酸 ．．．有(腐蚀性)，千万不要弄到皮肤和眼睛里。滴过稀盐酸的岩石要用(清水)冲洗干净。 7、(冷热)、(风)、(地表变动)、(植物的根)等都会对岩石产生变化 ．．．．．．。 8、岩石在(大气)、(水)、(生物)等长期联合作用下发生变化的现象叫(风化 ．．)。 岩石风化后产生了(沙和泥土)。 9、根据岩石成因 ．．，我们可以把岩石分为：（岩浆岩）、（沉积岩）、（变质岩）。 10、在地球运动过程中，日积月累（沉积而成）的岩石是（页岩）。经过地球运动，火山喷 发过程中流淌出来形成的岩石是（浮石）。一些岩石上保留有古代生物的（遗体或遗迹） 的岩石是（化石）。最轻 ．．的是(浮石)，特征：(微细颗粒，很轻，有许多小气孔)。 二、矿物的知识 1、在生活中，我们的(钟表)、(计算机)、(铅笔)等地方都用了(岩石)和(矿物)。 2、岩石都是由一种或几种(矿物)组成的，(石英)、(云母)、(长石)都是自然界的矿物 ．．． ．．。花岗岩的主要成分是：(石英)、(长石)、(云母)。 3、我们可以从哪些方面来观察描述 ．．．．矿物，主要有：（外表颜色）、（光滑度）、（透明度）、（条痕）、（光泽）、（硬度）、（晶体形状）以及（用途）等。 4、石英：一端有尖角的(六角柱状)，(无色透明或半透明），具有(玻璃或脂肪光泽)，可以制． 作．(计算机、钟表)等。 5、长石：呈（柱状或板状）、（微细颗粒状），颜色 ．．：（肉红、浅黄色、白或灰白），（半透明），具有（玻璃光泽）。 6、云母：（片状或片状集合体）；（白色、黑色、棕红、浅灰）等；（不透明），具有（珍 珠、丝绸光泽）。 7、很多矿物是以（颜色）命名的，如赤铁矿 ．．．是(黄 ．．．是(褐色)的、黄铜矿 ．．．是（红色）的，褐铁矿 色的)、白钨矿 ．．．是(灰白色）的。
石墨烯基础知识简介
1.石墨烯（Graphene）的结构 石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的二维材料。如图1.1所示，石墨烯的原胞由晶格矢量a1和a2定义每个原胞内有两个原子，分别位于A和B的晶格上。C原子外层3个电子通过sp2杂化形成强σ键（蓝），相邻两个键之间的夹角120°，第4个电子为公共，形成弱π键（紫）。石墨烯的碳-碳键长约为0.142nm，每个晶格内有三个σ键，所有碳原子的p轨道均与sp2杂化平面垂直，且以肩并肩的方式形成一个离域π键，其贯穿整个石墨烯。 如图1.2所示，石墨烯是富勒烯（0维）、碳纳米管（1维）、石墨（3维）的基本组成单元，可以被视为无限大的芳香族分子。形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂巢状的晶格结构，看上去就像由六边形网格构成的平面。每个碳原子通过sp2杂化与周围碳原子构成正六边形，每一个六边形单元实际上类似一个苯环，每一个碳原子都贡献一个未成键的电子，单层石墨烯的厚度仅为0.335nm，约为头发丝直径的二十万分之一。 图 1.1（a）石墨烯中碳原子的成键形式（b）石墨烯的晶体结构。 图1.2石墨烯原子结构图及它形成富勒烯、碳纳米管和石墨示意图石墨烯按照层数划分，大致可分为单层、双层和少数层石墨烯。前两类具有
相似的电子谱，均为零带隙结构半导体（价带和导带相较于一点的半金属），具有空穴和电子两种形式的载流子。双层石墨烯又可分为对称双层和不对称双层石墨烯，前者的价带和导带微接触，并没有改变其零带隙结构；而对于后者，其两片石墨烯之间会产生明显的带隙，但是通过设计双栅结构，能使其晶体管呈示出明显的关态。 单层石墨烯（Graphene）：指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。 双层石墨烯（Bilayer or double-layer graphene）：指由两层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 少层石墨烯（Few-layer or multi-layer graphene）：指由3-10层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC 堆垛，ABA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 石墨烯（Graphenes）：是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯的统称。 由于二维晶体在热力学上的不稳定性，所以不管是以自由状态存在或是沉积在基底上的石墨烯都不是完全平整，而是在表面存在本征的微观尺度的褶皱，蒙特卡洛模拟和透射电子显微镜都证明了这一点。这种微观褶皱在横向上的尺度在8~10nm 范围内，纵向尺度大概为 0.7~1.0nm。这种三维的变化可引起静电的产生，所以使石墨单层容易聚集。同时，褶皱大小不同，石墨烯所表现出来的电学及光学性质也不同。 图1.3 单层石墨烯的典型构象 除了表面褶皱之外，在实际中石墨烯也不是完美存在的，而是会有各种形式的缺陷，包括形貌上的缺陷（如五元环，七元环等）、空洞、边缘、裂纹、杂原子等。这些缺陷会影响石墨烯的本征性能，如电学性能、力学性能等。但是通过一些人为的方法，如高能射线照射，化学处理等引入缺陷，却能有意的改变石墨烯的本征性能，从而制备出不同性能要求的石墨烯器件。 2.石墨烯的性质 2.1 力学特性
材料界一哥—— 石墨烯(五大应用领域)
材料界“网红一哥”——石墨烯 5大应用领域，产业浪潮开启看点：应用领域不断拓展，石墨烯大规模产业化即将开始。 石墨烯属于二维碳纳米材料，具有优秀的力学特性和超强导电性导热性等出色的材料特性，其下游应用主要涵盖基础学科、新能源电池、柔性显示屏、传感器及复合材料等领域。石墨烯的大规模商业应用方向主要分为粉体和薄膜，其中石墨烯粉体目前主要用于新能源、防腐涂料等领域，石墨烯薄膜主要应用于柔性显示和传感器等领域，其中来自新能源的需求超过 70%。 全球石墨烯行业市场规模呈稳步增长态势。预计到 2020 年末，全球和国内石墨烯行业市场规模分别为 95 亿美元和 200 亿元，中国石墨烯市场规模约占全球石墨烯总市场规模的 30%，并有逐年提高的趋势。 本期的智能内参，我们推荐国信证券的研究报告，揭秘石墨烯的性能特点、产业链概况、下游需求和国内外行业现状。 本期内参来源：国信证券
1性能强大的新材料之王 石墨烯是 2004 年用微机械剥离法从石墨中分离出的一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，英文名为 Graphene，为一层碳原子构成的二维晶体。石墨烯与其他有机高分子材料相比，有比较独特的原子结构和力学特性。石墨烯的理论杨氏模量达 1.0TPa，固有的拉伸强度为 130Gpa，是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，被誉为“新材料之王”、“黑金”。 ▲典型的石墨烯结构图
▲ 单层石墨烯是其他碳材料的基本元素 石墨烯按照层数可分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯。按照功能化形式可以分为氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯等。按照外在形态、又可分为片、膜、量子点、纳米带或三维状等。 ▲石墨烯分类 石墨烯具有超强导电性、良好的热传导性、良好的透光性、溶解性、渗透率、高柔性和高强度等出色的材料特性。它的的应用领域非常广泛，主要集中在基础学科、新能源电池、柔性显示屏、传感器及复合材料等领域。
石墨矿资源概述
石墨矿资源概述 石墨是碳元素的结晶矿物之一，具有润滑性、化学稳定性、耐高温、导电、特殊的导热性和可塑性、涂敷性等优良性能，其应用领域十分广泛。石墨在冶金工业中主要用作耐火材料；在铸造业中用作铸模和防锈涂料；在电气工业中用于生产碳素电极、电极碳棒、电池，制成的石墨乳可用作电视机显像管涂料，制成的碳素制品可用于发电机、电动机、通讯器材等诸多方面；在机械工业中用作飞机、轮船、火车等高速运转机械的润滑剂；在化学工业中用于制造各种抗腐蚀器皿和设备；在核工业中用作原子反应堆中的中子减速剂和防护材料等；在航天工业中可做火箭发动机尾喷管喉衬，火箭、导弹的隔热、耐热材料以及人造卫星上的无线电连接信号和导电结构材料。此外，石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂，制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石的原料。随着现代科学技术和工业的发展，石墨的应用领域还在不断拓宽，已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料，在国民经济中具有重要的作用。 一、矿石矿物原料特点 石墨的化学成分为碳(Ｃ)。天然产出的石墨很少是纯净的，常含有10%～20%的杂质，包括SiO2、Al2O3、MgO、CaO、P2O5、CuO、V2O5、H2O、S、FeO以及H、N、CO2、CH4、NH3等。石墨矿物呈铁黑、钢灰色，条痕光亮黑色；金属光泽，隐晶集合体光泽暗淡，不透明；解理｛0001｝完全，硬度具异向性，垂直解理面为3～5，平行解理面为1～2；质软，密度为2.09～2.23g/cm3，有滑腻感，易污染手指。矿物薄片在透射光下一般不透明，极薄片能透光，呈淡绿灰色，一轴晶，折射率1.93～2.07，在反射光下呈浅棕灰色，反射多色性明显，Ro灰色带棕，Re深蓝灰色，反射率Ro23(红)，Re5.5(红)，反射色、双反射均显著，非均质性强，偏光色为稻草黄色。石墨属复六方双锥晶类，沿｛0001｝呈六方板状晶体，常见单形有平行双面、六方双锥、六方柱，但完好晶形少见，一般呈鳞片状或板状，集合体呈致密块状、土状或球状。 石墨晶体具典型的层状结构，碳原子排列成六方网状层，面网结点上的碳原子相对于上下邻层网格的中心。重复层状为2的是石墨2Ｈ多型，属六方晶系，即通常所指的石墨；若重复层状为3的则为石墨3 Ｒ多型，属三方晶系，但在天然石墨结构中不能单独分离出来。在石墨晶体结构中，层内碳原子的配位数为3，具共价金属键，间距0.142nm，层与层间以分子键相连，间距为0.340nm，此种特殊的晶体结构和化学键性使石墨具有一些特殊的工艺性能。 由于碳原子在石墨结晶格子的原子层中排列紧密，热振动困难，因而石墨能耐高温并具特殊的热性能。石墨的熔点为3850℃，沸点为4250℃，吸热量6.9036×107J/kg，经高温电弧灼烧重量损失极小，在2500℃时其强度比常温时提高1倍，热膨胀系数小(1.2×10-6)，温度骤变时其体积变化不大。由于石墨晶体中存在容易流动的电子，因此其导电、导热性能不亚于金属。但随温度升高，导热系数反而减少，在极高温度下趋于不导热状态。石墨的化学稳定性好，不受酸、碱及有机溶剂的侵蚀。石墨的润滑性能类似于二硫化钼和四氟化烯，摩擦系数在润滑介质中小于0.1，尤以鳞片状石墨的润滑性更好。此外，石墨还具涂敷性和可塑性，将其涂敷在固体物体表面，可形成薄膜牢固粘附而起保护固体作用，并可制成任何复杂形状的制品。 由于石墨的工艺性能及用途主要决定于其结晶程度，据此，中国工业上将石墨矿石主要分为晶质(鳞片状)石墨矿石和隐晶质(土状)石墨矿石两种工业类型。晶质(鳞片状)石墨矿石中，石墨晶体直径大于1μm，呈鳞片状；矿石品位较低，但可选性好；与石墨伴生的矿物常有云母、长石、石英、透闪石、透辉石、石榴子石和少量黄铁矿、方解石等，有的还伴生有金红石及钒等有用组分；矿石呈鳞片状、花岗鳞片或粒状变晶结构，片状、片麻状或块状构造。隐晶质(土状)石墨矿石中，石墨晶体直径小于１μm，呈微晶的集合体，在电子显微镜下才能见到晶形；矿石品位高，但可选性差；与石墨伴生的矿物常有石英、方解石等；矿石呈微细鳞片-隐晶质结构，块状或土状构造。中国石墨矿石绝大多数为晶质(鳞片状)矿石，约占总保有石墨矿石储量的98%，分布于区域变质型及岩浆热液型石墨矿床中；隐晶质(土状)石墨矿石则主要分布于接触变质型矿床中。实际上石墨矿石中的石墨片径是参差不齐的，所谓晶质石墨矿石中，也可能含隐晶质
《石墨烯相关知识》word版
石墨烯 石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的 平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)，成功地在 实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在。 石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸 收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其 电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10- 6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料（仅限常温下，肯定 比不过超导）。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，在室温状况，传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯的原子尺寸结构非常特殊，必须用量子场论 才能描绘。石墨烯被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件 或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明 触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。 石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。 石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢 晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。石墨烯的命名来自英文的 graphite(石墨) + -ene(烯类结尾)。石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。 石墨烯的结构非常稳定，碳碳键（carbon-carbon bond）仅为1.42?。石墨烯 内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶 格结构使石墨烯具有优秀的导热性。另外，石墨烯中的电子在轨道中移动时， 不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常 温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。 石墨烯是构成下列碳同素异形体的基本单元：石墨，木炭，碳纳米管和富勒烯。完美的石墨烯是二维的，它只包括六边形(等角六边形); 如果有五边形和七边 形存在，则会构成石墨烯的缺陷。12个五角形石墨烯会共同形成富勒烯。 石墨烯卷成圆桶形可以用为碳纳米管；另外石墨烯还被做成弹道晶体管（ballistic transistor）并且吸引了大批科学家的兴趣。在2006年3月， 佐治亚理工学院研究员宣布, 他们成功地制造了石墨烯平面场效应晶体管，并 观测到了量子干涉效应，并基于此结果，研究出以石墨烯为基材的电路. 发现历史 在本质上，石墨烯是分离出来的单原子层平面石墨。按照这说法，自从20世纪初，X射线晶体学的创立以来，科学家就已经开始接触到石墨烯了。1918年，V. Kohlschütter 和 P. Haenni详细地描述了石墨氧化物纸的性质（graphite oxide paper）。1948年，G. Ruess 和 F. Vogt发表了最早用穿透式电子显微 镜拍摄的少层石墨烯（层数在3层至10层之间的石墨烯）图像。
【石墨产业】全球及中国石墨矿资源分布概况(最新、最全、最详细)
【石墨产业】全球及中国石墨矿资源分布概况（最新、最全、 最详细） 一、全球石墨矿资源概况 1、全球石墨资源储量 全球石墨资源分布既广泛又相对集中，据USGS资料显示，2013年全球石墨总储量约1.3亿吨矿物量。巴西、中国、印度和墨西哥的石墨储量合计占全球总储量的92.77%。中国石墨基础储量约占世界的33%，仅次于巴西（约占世界的38%）。巴西新发现的Almenara石墨矿为罕见的超大型石墨矿，使其石墨总储量由之前的36万吨增加到近5800万吨，位居世界首位。印度石墨矿储量为1100万吨，墨西哥石墨储量为310万吨。 2015年世界主要石墨国家基础储量对比图 2、国外石墨矿床类型 （1）石墨呈浸染鳞片状分布在火山岩、硅质沉积岩中，此类矿床石墨鳞片大，矿石质量高，有著名的马达加斯加大鳞片晶质石墨矿； （2）含石墨矿石呈脉状充填在断裂裂隙和洞穴中，此类矿床石墨品位高，典型的矿床是斯里兰卡的脉状石墨矿；（3）由中酸、酸性花岗岩侵入大理岩中形成热液交代接触变质矿床，此类矿床矿石质量较好，在俄罗斯和朝鲜等国家
有分布； （4）煤或富碳沉积物中的变质石墨矿床矿石中的石墨多为隐晶质，墨西哥、印度及澳大利亚的大部分石墨矿床均属此类型。 3、各国石墨资源概况 巴西 巴西石墨矿分布在MinasGerais、Ceara和Bahia地区，PedraAzul地区拥有巴西最好的鳞片石墨矿，石墨矿石储量已探明2.5亿吨，品位20-25%。新发现的奥门纳拉石墨矿石资源量近5700万吨，碳含量4-10%。 印度印度石墨矿床多为煤或富碳沉积物的变质石墨矿床，主要分布在奥瑞萨邦和拉贾斯坦邦，奥瑞萨邦的石墨矿床赋存于寒武纪地层中，有三个石墨矿带，即：博兰吉尔-桑巴尔普尔矿带、普尔巴尼-长拉汉迪矿带和登卡纳尔矿带，其中最大的矿床延伸达6.4-11.3公里，矿体厚120米。 墨西哥 墨西哥已发现的石墨矿床绝大多数为隐晶质石墨矿床。其石墨矿床主要分布在格雷罗州、索诺拉州和伊达尔戈州。世界上超大型的高质量的隐晶质石墨矿床就位于索诺拉州。该矿床矿体赋存在含煤的深灰红色石英岩之间，矿体厚7.3米，矿体的平均品位非常高，矿石一般品位为80%，最高品位可达95%。
与石墨烯相关的特征
1 拓扑绝缘体 自然界的材料根据其电学输运性质，可分为导体，半导体和绝缘体。一般的导体中存在着费米面（如图a所示），半导体和绝缘体的费米面存在于禁带之中（如图b所示）。拓扑绝缘体在边界上存在着受到拓扑保护的稳定的低维金属态，这些无能隙的边缘激发处在禁带之中，并且连接价带顶和导带底（如图c，d所示）。从这个意义上讲，拓扑绝缘体是介于普通绝缘体和低维金属之间的一种新物态。根据能带理论，费米能落在晶体材料的带隙中时，材料表现为绝缘体。拓扑绝缘体的材料的能带结构类似于一般绝缘体，存在全局的能隙。但不同于一般的绝缘体，当考虑存在边界的拓扑绝缘体时，将出现贯穿整个能隙的边界态，这些特殊的边界态和体系的拓扑性质（由体系的拓扑数决定）严格对应，因而只要不改变体系的拓扑性质，这些边界态就不会被破坏。 拓扑绝缘体的典型特征是体内元激发存在能隙，但边界上或表面具有受拓扑保护的无能隙边缘激发。拓扑绝缘体的内部的电子能带结构和一般绝缘体相似，它的费米能级位于导带和价带之间，而在其表面存在一些特殊量子态，这些量子态位于块体能带结构的带隙之中，从而允许导电。拓扑绝缘体表面或边界导电是有材料电子态的拓扑结构决定，与表面的具体结构无关。也正是因为其表面金属态的出现由拓扑结构对称性所决定，所以它的存在非常稳定，基本不会受到杂志与无序的影响。 从广义上讲，可分为两大类：一类是破坏时间反演的量子霍尔体系；另一类是最近发现的时间反演不变的拓扑绝缘体。 2半金属 semimetal halfmetal 半金属：介于金属和非金属之间的物质。从能带结构来看，金属中被电子填充的最高能带是半满的或部分填充的，电子能自由运动，有较高的电导率。绝缘体中被电子填充的最高能带是满带（又称价带），价带与导带之间的禁带宽度较大。
石墨矿基本知识
石墨本为无名鼠辈,然2010年的诺贝尔物理学奖,使石墨一夜扬名四海,风光无限。 借着石墨矿的传说与光环,中国宝安股上窜下跳,令人心惊肉跳,欲仙欲死。 石墨矿究有何种神奇,请听我说! 一、石墨特性、分类及用途 (一)石墨基本性质 关于石墨的发现和利用,有案可据的,当首推《水经注》,书中载“洛水侧有石墨山。山石尽黑,可以书疏,故以石墨名山矣。”考古发现,早在3000多年前商代,中国就有用石墨书写的文字,一直延续至东汉末年(公元220年),石墨作为书墨才被松烟制墨所取代。清朝道光年间(公元1821-1850年),湖南郴州农民开采石墨做燃料,称之为“油碳”。 石墨英文名Graphite,源于希腊文“graphein”,意为“用来写”。由德国化学家和矿物学家A.G.Werner 于1789命名。 石墨分子式为C,分子量为12.01。天然石墨呈铁黑色、钢灰色,条痕亮黑色,金属光泽,不透明。晶体属复六方双锥晶类,沿{0001}呈六方板状晶体,常见单形有平行双面、六方双锥、六方柱,但完好晶形少见,一般呈鳞片状或板状。晶胞参数:a0=0.246nm, c0=0.670nm。典型的层状结构,碳原子成层排列,每个碳与相邻的碳之间等距相连,每一层中的碳按六方环状排列,上下相邻层的碳六方环通过平行网面方向相互位移后再叠置形成层状结构,位移的方位和距离不同就导致不同的多型结构。上下两层的碳原子之间距离比同一层内的碳之间的距离大得多(层内C-C间距=0.142nm,层间C-C间距=0.340nm)。具{0001}完全解理,比重2.09-2.23,比表面积5- 10m2/g。硬度具异向
性,垂直解理面为3-5,平行解理面为1-2。集合体常为鳞片状,块状和土状。石墨薄片具良好的导电性和导热性。矿物薄片在透射光下一般不透明,极薄片能透光,呈淡绿灰色,一轴晶,折射率1.93~2.07,在反射光下呈浅棕灰色,反射多色性明显,Ro灰色带棕, Re深蓝灰色,反射率Ro23(红),Re5.5(红),反射色、双反射均显著,非均质性强,偏光色为稻草黄色。鉴定特征铁黑色,硬度低,一组极完全解理,具挠性,有滑感,易污手。若将硫酸铜溶液润湿的锌粒放在石墨上,则可析出金属铜斑点,而与之相似的辉钼矿则无此反应。 石墨是元素碳的一种同素异形体(其它同素异形体有金刚石、碳60、碳纳米管和石墨烯),每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合,构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动, 因此石墨属于导电体。解理面以分子键为主,对分子吸引力较弱,故其天然可浮性很好。鉴于石墨特殊的成键方式,不能单一的认为石墨是单晶体或者是多晶体,现在普遍认为石墨是一种混合晶体。 (二)石墨分类按石墨结晶形态和工艺特性,将天然石墨分为三类: 1.致密结晶状石墨 致密结晶状石墨又叫块状石墨。此类石墨结晶明显,晶体肉眼可见。颗粒直径大于0.1毫米,比表面积范围集中在0.1-1m2/g,晶体排列杂乱无章,呈致密块状构造。这类石墨矿品位很高,一般含碳量为60~65%,有时达80~98%,但其可塑性和滑腻性不如鳞片石墨好。 2.鳞片石墨 鳞片石墨晶体呈鳞片状;这是在高温高压下变质而成的,有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨矿品位不高,一般在2~3%,或10~25%之间。它是自然界中可浮性最好
石墨烯的应用领域
第二章石墨烯应用领域 石墨烯因其独特的电学性能、力学性能、热性能、光学性能和高比表面积，近年来受到化学、物理、材料、能源、环境等领域的极大重视，应用前景广阔，被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料”。具体在五个应用领域：一是储能领域。石墨烯可用于制造超级电容器、超级锂电池等。二是光电器件领域。石墨烯可用于制造太阳能电池、晶体管、电脑芯片、触摸屏、电子纸等。三是材料领域。石墨烯可作为新的添加剂，用于制造新型涂料以及制作防静电材料。四是生物医药领域。石墨烯良好的阻隔性能和生物相容性，可用于药物载体、生物诊断、荧光成像、生物监测等。五是散热领域。石墨烯散热薄膜可广泛应用于超薄大功耗电子产品，比如当前全球热销的智能手机、IPAD 电脑、半导体照明和液晶电视等。 中国科学院预计，到2024年前后，石墨烯器件有望替代互补金属氧化物半导体（CMOS）器件，在纳米电子器件、光电化学电池、超轻型飞机材料等研究领域得到应用。目前，全球范围内仅电子行业每年需消耗大约2500吨半导体晶硅，纯石墨烯的市场价格约为人民币1000元/g ，其若能替代晶硅市场份额的10%，就可以获得5000亿元以上的经济利益；全球每年对负极材料的需求量在2.5万吨以上，并保持了20%以上的增长，石墨烯若能作为负极材料获得锂离子电池市场份额的10%，就可以获得2500吨的市场规模。可见，石墨烯具有广阔的应用空间和巨大的经济效益。
正是在这一背景下，目前国内外对石墨烯技术的应用研究如火如荼，具体应用如下： 2.1 石墨烯锂离子电池 锂离子电池具有容量大、循环寿命长、无记忆性等优点，目前已成为全球消费类电子产品的首选电池以及新能源汽车的主流电池。高能量密度、快速充电是锂电池产品发展的必然趋势，在正极材料中添加导电剂是一种有效改善锂电性能的途径，可大大增加正负极的导电性能、提高电池体积能量密度、降低电阻，增加锂离子脱嵌及嵌入速度，显著提升电池的倍率充放电等性能，提高电动车的快充性能。 所谓石墨烯电池并非整个电池都用石墨烯材料制作，而是在电池的电
石墨矿一般工业指标
石墨矿一般工业指标 https://www.sodocs.net/doc/fe4003186.html,作者：liangping1120发布时间：2010-8-25 15:33:53文章来源：中国- 东盟矿产资源网 石墨矿资源 一、资源状况 虽然众多国家都已发现石墨矿产，但具有一定规模可供工业利用的矿床并不多，相对集中分布于少数国家中。晶质石墨矿主要蕴藏在中国、乌克兰、斯里兰卡、马达加斯加、巴西等国，其中马达加斯加盛产大鳞片石墨，斯里兰卡盛产高品位的致密块状石墨；隐晶质石墨矿主要分布于印度、韩国、墨西哥和奥地利等国。多数国家只产一种石墨，矿床规模以中、小型居多，只有中国等四五个国家晶质和隐晶质石墨都有产出，大型矿床较多。 据不完全统计，世界石墨储量约为15亿t，其中晶质石墨约5亿t。由于石墨储量有的按矿物量统计，有的按矿石量统计，统计对象不同和数据来源的不一，各种储量统计数据出入较大，但许多资料都表明中国的石墨储量居世界第1位。截至1996年底止：全国累计探明B+C+D级晶质石墨矿物储量17701万t和隐晶质石墨矿石储量4853万t，共计22554万t；历年已经消耗晶质石墨矿物储量394万t和隐晶质石墨矿石储量360万t，共计754万t；全国保有晶质石墨矿物储量17317万t和隐晶质石墨矿石储量4493万t，共计21810万t。据有关资料综合估计，中国晶质石墨矿物资源量可达 三四亿吨，隐晶质石墨矿石资源量近亿吨，总资源量近四五亿吨。 截至1996年底止，中国已发现石墨矿产地200多处，其中已探明储量的矿产地有106处，除福建省华安县福田和漳平县高山、河北省怀安县大岔沟3个小型隐晶质石墨矿的矿石储量已开采消耗完以外，保有储量的矿产地尚有103处，包括大型矿24处、中型矿45处、小型矿34处，矿床规模
中考基础知识梳理 全套
基础知识梳理：第一章打开物理世界的大门 第一章打开物理世界的大门 中考并没有单独考查本章的内容，常与力学、电学的实验与探究题综合考查。 探索之路 古文明中的科学思索 甲骨文“殷” 东巴文“晒干” 日月星辰“宇宙模型” 雕刻玉版“天圆地方宇宙观” 石头阵“古人观察天象” 物理学的进步之阶 哥白尼用“日心说”否定了“地心说” ________率先用望远镜观察天体运动，并支持“日心说” ________提出了相对论和玻尔等人的量子力学理论 ________发现苹果从树上落地，建立了万有引力，为物理学奠定了基础 科学探究 1．物理学是一门自然科学，科学探究的主要因素是提出问题、________、设计实验与制订计划、______________、分析与论证、评估、交流与合作。 2．物理学是研究自然界的________、________和________的自然科学。 3．大家要学习科学家的研究方法。在科学探究中，大家要学会________、学会猜、学会________、学会________、学会________，学会________，还要学 会________。 中考重难点突破 物理学家探索的成果 【例1】在探索之路上，有众多的科学家披荆斩棘，铺路架桥，为后人留下了果实丰硕的知识园地。下列科学家与其贡献不相符的是() A．哥白尼(日心说) B．牛顿(量子力学) C．爱因斯坦(相对论) D．伽利略(论证和宣扬“日心说”)
【解析】哥白尼用“日心说”否定了影响人类长达千年之久的托勒密的“地心说”，故A正确；量子力学的主要奠基人是普朗克·玻尔，而不是牛顿，牛顿是发现“万有引力”的先驱者，故B错误；“相对论”是爱因斯坦提出的，故C 正确；论证和宣扬“日心说”的科学家是伽利略，故D正确。 【答案】B 1.人类在探索宇宙，征服自然的过程中，涌现出许多杰出的物理 学家，他们的名字与其成就一同载入史册，被历代人所铭记，请用连线将下列物理学家与其对应的成就连接起来。 物理学家成就 (1)伽利略A．以其名字命名的运 动三大定律 (2)哥白尼B．提出“相对论” (3)牛顿C．驳斥亚里士多德的 落体观点 (4)爱因斯坦D．提出“日心说” 科学探究 【例2】海珠同学根据石头在水中下沉的现象想到：石头在水中可能不受浮力作用，并设计和进行了实验。上述过程中“石头在水中可能不受浮力作用”属于科学探究中的() A．提出问题 B．猜想与假设 C．进行实验与收集证据 D．分析与论证 【解析】科学探究的主要环节是：提出问题，猜想与假设，制订计划与设计实验，进行实验与收集证据，分析与论证，评估、交流与合作。“石头在水中可能不受浮力作用”属于科学探究中的猜想与假设。 【答案】B 【方法指导】“石头在水中可能不受浮力作用”和“石头在水中会受到浮力作用”均属于科学探究中的猜想与假设，猜想与假设既可能是正确的结论，也可能是不正确的结论。