LM317MSTT3

   碳基導電材料

   碳基材料中,除了具有共軛結構的聚合物和小分子具有導電性外,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電性。作為一種導電活性材料,碳原子的電子結構的確比較獨特,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,結構中沒有可以離域的共軛電子,是不導電的絕緣體。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構,產生離域電子,使材料表現(xiàn)出導電性。

    與其他的IⅤ主族元素不同α口硅、鍺),碳原子除了2個球形的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層電子(2s22p6)的干擾和影響,活性降低,使得它們可形成有機材料的種類受到極大限制。

     圖2.91是純粹碳原子構成的具有導電性的材料,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)層狀結構,純石墨中層與層之間的距離大約為0,335nm,當添加了各種其他原子時,距離可以增大。石墨分子的平面內主要是sp2雜化的碳原子構成的單雙交替的網狀結構,層與層之間則靠離域冗電子之間的微弱相互作用力結合。電子在層內和層間的離域,導致石墨具有較好的導電性。