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石墨烯问题释疑V

已有 6097 次阅读 2011-3-17 17:43 |个人分类:石墨烯|系统分类:科研笔记| 石墨烯

  因为现在对于石墨烯跟风研究的很多。实际今年诺奖授予石墨烯存在很不成熟的成份,我在前面博文中已经对此作了详细解释,还有些疑问,我从三个方面对此总结予以解释:
    首先,石墨烯的微观结构决定了它的内部量子化学性质是不可能一致的,在其边界出碳原子要与两个碳原子连接形成碳碳键,而内部碳原子与三个碳原子形成碳碳键,这从量子化学上看,是电子轨道杂化形式完全不同的化学键,这点我在写给1996年诺奖得主Harry Kroto(Harold Kroto)先生电邮中阐明这一点,先生表示感谢我对于石墨烯的观察。(因为朋友一直追问,所以在此回答)。信中我还强调了单层悬浮石墨烯的稳定存在依赖于其边界。实际边界碳碳键与内部,这两者键能差别很大,实际石墨烯内部碳原子之间的碳碳键沿边界到中心是不完全一致的,是阶梯差异分布的。而今年诺奖得主解释的石墨烯似乎对此基本科学事实视而不见,未将此纳入其所有研究中予以考虑,才会导致其失误。
    其次,从量子动力学角度考虑,石墨烯中的碳原子可以这样近似理解,边界处的碳碳原子之间的化学键是一种强度大而稍短的弹簧,而石墨烯内部原子之间的碳碳键是强度弱而稍长的弹簧,内部的弹簧在动态平衡后,实际的状态是偏离常态的。石墨烯表面碳原子不是静态的,一直在自由振动,表观看呈波浪状,但是因为我所讲的边界效应的存在,这一波浪波幅强度受到了限制而已。石墨烯是热力学不稳定,而动力学稳定的状态。至于石墨烯凹凸不平实际凹凸处是形成了石墨烯的新边界而已,此处的化学键与平面处键角也会不同。所谓石墨烯的易起皱纹问题,就是其自发形成的新的边界以获得再次稳定。
    再次,现有所制大块面积石墨烯是依赖于衬底而存在的,一旦悬浮就会破裂或者褶皱。这也不难解释大面积单层石墨烯分层困难问题,多层石墨烯可以视为一层石墨烯以另一层为衬底。石墨烯形成褶皱等于形成新边界,至于关于石墨烯表面未破裂而凹凸不平,实际那是形成了褶皱边界使其获得新稳定方式,我的观点也可以很容易解释前面很多论文,石墨烯在水中的更易分散和多层石墨烯更易大尺寸稳定存在问题迎刃而解。实际诺奖得主唯一完全正确的仅仅是石墨烯光学性质和霍尔效应的结果,其他结果,因为未将我所讲的边界效应考虑在内,所以存在错误。其特异性力学性质来源正是我所提出的原因;电学性质所讲的电子运动速度很快,但是电磁波在石墨烯表面传播推动电子运动,遇到边界电磁波也会改变方向(前面有朋友讲理论预测这一性质可以存在于无限大尺度,我为给予肯定答复,但理论要以实际材料可制备为基础),所以石墨烯在制成纳米导线后,如果宽度变窄,同样会存在内阻比诺奖得主演讲中预测的要大,其作为芯片材料当然很有前景,但是要打折扣的。


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