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石墨烯：一个原子厚、一个键宽
旋转延展的 sp² 碳蜂窝，沿六元环追踪，把平面的 π 电子层与石墨烯破纪录的导电性和强度联系起来。
目标
验证每个碳恰好有三个近邻，找出六元环，并推理离域 π 电子为何使薄片导电。
仪器与试剂
虚拟分子搭建器：可在三维中翻转的石墨烯片段；在心中与金刚石或碳纳米管形态比较。
步骤
- 把薄片侧过来：它只有一个原子厚——可能的最薄固体。
- 沿一个六边形观察并数一个原子的近邻：120° 的三个键——sp² 杂化的标志。
- 注意内部原子上没有氢——所有价键都已用于 π 骨架。
- 想象把薄片卷成管（碳纳米管）或层层堆叠（石墨）：同一种材料，三种同素异构体结构。
观察要点
- 内部每个碳恰好与三个近邻成键——没有像金刚石那样的四配位（sp³）碳。
- 在此尺度上薄片完全平整；六边形无缝无重叠地铺满平面。
- 边缘原子带有悬挂键——真实石墨烯片只在边缘活泼（且常被氢或氧封端）。
讲解
每个碳用三个 sp² 轨道构成 σ 蜂窝网络；剩余的 pz 轨道合并成半满的 π 与 π* 能带，在狄拉克点相接，因此电子如同无质量运动——低温下迁移率超过 。同一面内键网络赋予约 1 TPa 的杨氏模量，单层的可见光吸收仅 。
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虚拟实验是帮助建立直觉的简化模型，不能替代真实实验和安全培训；没有指导请勿在家自行重复。