Graphene: dày một nguyên tử, rộng một liên kết

Xoay mạng tổ ong cacbon sp² mở rộng, lần theo các vòng sáu cạnh và gắn mặt π phẳng với tính dẫn điện và độ bền kỷ lục của graphene.

Mục tiêu

Kiểm tra mỗi cacbon có đúng ba nguyên tử lân cận, tìm các vòng sáu cạnh, và suy luận vì sao electron π định xứ kém làm tấm dẫn điện.

Dụng cụ và hoá chất

Bộ dựng phân tử ảo: mảnh graphene hiển thị sẵn để bạn lật trong 3D; so sánh trong đầu với dạng kim cương hay ống nano của cacbon.

Giải thích

Mỗi cacbon dùng ba orbital sp² cho mạng σ tổ ong; các orbital pz còn lại hợp thành vùng π và π* lấp đầy một nửa, chạm nhau tại các điểm Dirac, nên electron chuyển động như không khối lượng — độ linh động trên $10^5\ \mathrm{cm^2\,V^{-1}\,s^{-1}}$ ở nhiệt độ thấp. Cùng mạng liên kết trong mặt phẳng đó cho mô đun Young gần 1 TPa, và một lớp chỉ hấp thụ $\pi\alpha \approx 2{,}3\%$ ánh sáng khả kiến.

Thí nghiệm ảo: một mô hình đơn giản hoá để xây dựng trực giác. Nó không thay thế thực hành thật và huấn luyện an toàn; không tự làm lại tại nhà khi không có người hướng dẫn.