关于石墨烯结构和形态
石墨烯概要：石墨烯是迄今为止人们发现的最薄的物质，它由碳原子排列形成的单原子层六边形晶格结构所构成，厚度仅为一个原子的尺度，约为0.36nm。碳原子在周期表中处于第6位。
石墨烯作为最轻薄的碳材料，在介绍石墨烯德结构和形态前，我们先简短回顾下碳材料的种类和形体。
碳有多种同素异形体，传统上可分为三类：金刚石、石墨和无定形碳。有争议的卡宾可另作一类，第四类。近代发现的则有多种类型纳米碳，可作为第五类。纳米碳是指具有纳米尺度、能够单独存在的各种碳同素异形体，包括石墨烯、富勒烯、碳量子点和碳纳米管以及大量其他形式，如纳米锥（nanocone ornanohorn)、竹样纳米管（bamboo nanotube）、人字形纳米管（herringbonetube)、螺旋纳米管（helical nanotube）、纳米钟或项链管（nanobell ornanotube)necklace)和纳米碳洋葱（carbon onion）等。其中，石墨烯可视为构成其他异形体的基本单元。
石墨烯是迄今为止人们发现的最薄的物质，它由碳原子排列形成的单原子层六边形晶格结构所构成，厚度仅为一个原子的尺度，约为0.36nm。碳原子在周期表中处于第6位。每个碳原子含有6个电子，构成1s2、2s2和2p2原子轨道，其中2个电子位在内壳层（1s），它们紧靠原子核，与碳原子的化学活性无关，而其余4个电子则分别位于2s和2p轨道的外壳层。由于碳原子中2s与2p的能级相差不大，这4个电子的波函数能够相互混合，这些轨道称为杂化轨道。在碳物质中．2s与p轨道的混杂导致形成3个可能的杂化轨道，即sp2和sp3。通常标记为sp"杂化，n=1,2,3。
石墨烯是碳原子以sp2杂化轨道排列构成的单层二维晶体，其晶格呈六边形蜂巢状结构，如图1.7所示[17]。每个碳原子与周围3个相邻碳原子以sp2杂化轨道形成3个σ键。碳-碳键的长度约为0.142nm，键与键之间的夹角为120°。每个碳原子贡献剩下的一个p轨道电子形成大π键。可见，构成六边形晶格结构的碳碳键骨架由∮键参与构成，连接稳固，而形成π键的p轨道电子可以自由移动，赋予石墨烯优良的导电性。
高分辨透射电子显微术（HRTEM）和扫描隧道显微术（STM）都可用于直接观察石墨烯的原子结构。高质量石墨烯的HRTEM像。图中白色单元代表碳原子。图像使用MacTeMPas软件通过电子通道波函数从15幅晶格像中获得。
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