LM317MSTT3

   碳基導(dǎo)電材料

   碳基材料中,除了具有共軛結(jié)構(gòu)的聚合物和小分子具有導(dǎo)電性外,純粹由碳原子組成的石墨、富勒烯碳納米管和石墨烯等也具有導(dǎo)電性。作為一種導(dǎo)電活性材料,碳原子的電子結(jié)構(gòu)的確比較獨(dú)特,有很高的靈活性。例如,由純粹碳原子組成的金剛石,由于碳原子以sp3雜化,結(jié)構(gòu)中沒有可以離域的共軛電子,是不導(dǎo)電的絕緣體。而其他含有叩2雜化軌道的純粹碳基材料中,相鄰原子之間通過雜化軌道形成非常穩(wěn)定的σ鍵,而垂直于σ鍵的未雜化pz軌道通過肩并肩重疊形成共軛冗結(jié)構(gòu),產(chǎn)生離域電子,使材料表現(xiàn)出導(dǎo)電性。

    與其他的IⅤ主族元素不同α口硅、鍺),碳原子除了2個(gè)球形的1s電子外,不再含有任何非活性電子,使得最外層的s與p軌道的雜化非常有效, 可以存在不同的雜化形式,如sp3、sp2、sp。而在其他較大的同族元素中,例如,硅(1s22s2即63s2sp2),外層電子(3s23p勹的雜化效率因受內(nèi)層電子(2s22p6)的干擾和影響,活性降低,使得它們可形成有機(jī)材料的種類受到極大限制。

     圖2.91是純粹碳原子構(gòu)成的具有導(dǎo)電性的材料,包括石墨佗raphite)、富勒烯(fullerene)、碳納米管(carbon nanotube)和石墨烯锪raphene)等。由sp2碳原子組成的石墨呈現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu),純石墨中層與層之間的距離大約為0,335nm,當(dāng)添加了各種其他原子時(shí),距離可以增大。石墨分子的平面內(nèi)主要是sp2雜化的碳原子構(gòu)成的單雙交替的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),層與層之間則靠離域冗電子之間的微弱相互作用力結(jié)合。電子在層內(nèi)和層間的離域,導(dǎo)致石墨具有較好的導(dǎo)電性。