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收藏词条   编辑词条 石墨的晶体结构

创建时间:2008-08-02

石墨的晶体结构(crystal structure of graphite)

英国贝纳尔(J.D.Bernal)用X射线衍射法研究了石墨的结构,他于1924年提出理想石墨的结构,又称贝纳尔结构。石墨属于六方晶系构造。

碳原子六角网格第一层对第二层错开六角形对角线的1/2而平行叠合,第三层和第一层位置重复,成ABAB……序列。在石墨中,碳网层面的这种有规则的叠合方式,层面之间相互关系,常称为石墨关系。从第一层到第三层的A–A距离为石墨晶胞的c向距离,常记为。在常温下,=0.6708nm,层间A–B距离为0.3354nm层面上按碳原子点阵划出许多互相连接的等边平行四边形,其边长为0.2461nm。六方晶系石墨简称六方石墨,其晶体学参数常见表1。 

六方石墨晶胞体积

图1用粗线划出的菱柱体就是六方石墨的单位晶胞。这一晶胞的体积V按下式计算:

V=a2•c•sin60° 

由此得到V=3.519nm。

菱面体石墨混杂在六方石墨中,不能单独分离出来,也可以认为是六方石墨的变体,又称β–石墨。

典型的菱面体石墨结构如图2所示。由下往上,第一层(A)的碳原子对着第二层(B)的碳原子,再对着第三层(C)一个六角环的中央,与四层(A)的碳原子重合;第一层(A)的000碳原子对着第二层(B)的一个六角环的中央,再对着第三层(C)的00碳原子,与第四层(A)的000碳原子重合。层面的叠合呈ABCABC……序列。这种序列可划分为二类晶胞,一是正六面体晶胞,用双线划出,晶胞有6个碳原子;二是菱面体晶胞,粗线划出,晶胞有2个碳原子。菱面体晶胞的晶格常数a,按六方石墨晶胞的晶格常数用下式计算: 

晶棱夹角α按下式计算:

菱面体石墨的晶体学参数见表2。

在石墨化程度较高的人造石墨中,有多达17%的菱面体成分,在天然鳞片石墨中最高可达30%。石墨受到机械研磨,层面在剪切力的作用下,作不规则滑移,出现混杂堆叠,如ABABCACACABC……等不规则情况,石墨结构受到破坏。但将这种石墨热处理至3000℃,其结构缺陷将得以消除,重新变为ABAB序列的六方石墨。

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最近更新:2015-11-02
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