新型片状结构的预测与性能模拟文献综述

 2021-09-30 23:00:39

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文 献 综 述1 引言碳族元素中的碳、硅和锗具有相似的电子排布,三者都可以形成多种具有独特的物理化学性能的同素异形体,其中一些同素异形体的出现极大地促进了科学研的发展以及社会的进步。

碳之所以存在多种同素异形体源于其 sp、sp2和 sp3的成键方式,比较熟悉的有石墨、金刚石、无定型碳、富勒烯、碳纳米管和石墨烯,其中富勒烯和石墨烯的发现者分别获得了 1996 年诺贝尔化学奖和 2010 年诺贝尔物理奖。

除此之外,还存在石墨炔、多孔碳、立方碳、富勒烯的聚合体等多种碳同素异形体。

而本课题主要研究是碳的2D的平面网络结构,其结构表现了不同寻常的电性和磁性,如高载流子迁移率和双极性作用,代表独特的金属膜,,射频逻辑器件,热和导电性增强复合材料,传感器,透明电极等,并因此被认为是一种对于下一代高速电子的革命材料。

2碳同素异形体的研究进展2.1碳同素异形体在实验中的研究  碳位于元素周期表的第二周期第 IVA 族,原子序数为6。

碳原子的基态电子结构为 1s^2 2s^2 2p_x^1 〖2p〗_y^1 。

当碳原子对外发生作用而成键时,原子轨道不是一成不变的,往往要激发一个 2s轨道电子到 2p轨道上,这时碳原子的电子结构变为1s^2 2s^1 2p_x^1 〖2p〗_y^1 2p_z^1,于是便有四个未成对的外层轨道。

根据分子轨道理论,同一个原子中,能级相近的各个轨道,可以通过线性组合成为成键能力更强的新原子轨道(杂化轨道),然后再对外成键,这样碳原子就存在 sp、sp2和 sp3三种杂化形式,从而可以形成多种碳同素异形体。

石墨是最常见的碳形式,它具有层状结构,层内相邻的碳原子以 sp2杂化形成共价的σ键,每个碳原子以三个σ键与相邻三个原子成键,六个碳原子在同一个平面上形成了正六边形环,伸展成片层结构。

在同一平面的碳原子还各剩下一个 2pz轨道,它们相互重叠形成π键,π键上的电子比较自由,所以石墨能导热和导电。

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