Hình 1.4: Các vật liệu cacbon và số công trình nghiên cứu về graphen đã công bố  [56].  - Cấu trúc của graphen

17 
 
Hình 1.5: Cấu trúc của graphen. 
Graphen có cấu trúc đơn lớp nguyên tử, có dạng tấm bao gồm các nguyên tử 
carbon ở trạng thái lai hóa sp² trong cấu trúc tổ ong. Khoảng cách giữa hai nguyên 
tử carbon kế cận là 0.142 nm, khoảng cách giữa hai lớp graphenlà 3- 4 D, chiều dày 
mỗi tấm graphen là 0.35 - 1.0 nm. Graphen được xem như là vật liệu mỏng nhất 
trong vũ trụ. Graphen cũng là cấu trúc cơ bản để hình thành các vật liệu khác như 
graphite, cacbon nanotube, fullerences. 
 
Hình1.6: Các hình thái của graphen. 
Tính chất của vật liệu graphen: 

18 
- Thân dầu - kỵ nước 
Graphen có cấu trúc đơn lớp nguyên tử, có dạng tấm bao gồm các nguyên tử 
cacbon sp² liên kết với nhau tạo thành mạng lưới tổ ong 2D. Điều này quyết định 
nên tính chất của graphen là vật liệu kỵ nước - thân dầu. 
- Tỉ trọng thấp 
Ô đơn vị lục giác của graphen gồm mỗi cạnh là 2 nguyên tử sẽ có diện tích là 
0.052nm². Suy ra tỉ trọng của graphen là 0.77mg/m². Với tỉ trọng thấp, graphen nếu 
có cấu trúc xốp 3D sẽ là một trong những vật liệu nhẹ nhất giúp chúng dễ dàng nổi 
trên bề mặt chất lỏng (có tỉ trọng cao hơn graphen như nước). 
- Diện tích bề mặt 
Diện tích bề mặt của graphen khoảng 2600m²/g, cao hơn diện tích bề mặt của 
than hoạt tính và của ống nano cacbon. Do đó khả năng hấp phụ của graphen là rất 
lớn. 
- Độ dẫn điện 
Graphen đơn lớp có tính chất dẫn điện đặc biệt, năng lượng vùng cấm hầu 
như không có. Điều này được giải thích dựa trên cấu trúc của graphen, trong đó mỗi 
carbon ở trạng thái sp² sử dụng 3 AO sp (mỗi AO có 1 electron độc thân) liên kết 
với 3 AO sp của 3 carbon kế cận, còn 1 AO p (có chứa 1 electron độc thân) sẽ xen 
phủ với các AO p còn lại của các carbon kế cận tạo mạng lưới liên kết ᴨ-ᴨ rộng 
khắp. Do đó các electron có thể dễ dàng di chuyển giữa các AO p mà không gặp bất 
cứ trở ngại nào hay nói cách khác: graphen đơn lớp là vật liệu siêu dẫn điện. 
- Độ dẫn nhiệt 
Sự dẫn nhiệt của graphen bị chi phối bởi các phonon và đã được đo xấp xỉ là 
5000 Wm
-1
K
-1
. Đồng thời ở nhiệt độ phòng graphen có độ dẫn nhiệt là 401 Wm
-1
K
-
1
. Như thế, graphen dẫn nhiệt tốt hơn đồng gấp 10 lần. 

tải về 4.21 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: