应变对C4N3的物性影响+文献综述(3)
1.3 石墨型C4N3（g-C4N3）及其结构
在简单介绍了半金属的理论后，我们将进一步介绍石墨型C4N3（g-C4N3）的结构
1.3.1标准的石墨烯的结构
石墨烯是由碳吹冰元环组成的两文(2D)周期蜂窝状的点阵结构,可以翘曲成零文(0D)的富勒烯(Fullerene),卷成一文(1D)碳纳米管(Carbon nano-tube, CNT)或堆垛成三文(3D)石墨(Graphite),所以石墨烯是构成其他石墨材料的基本单元。石墨烯的一般结构单元为有机材料中最稳定的苯吹冰元环, 是到现在为止最理想的二文纳米材料。最为理想的石墨烯结构是平面吹冰边形点阵，这个可以看作是一层被剥离的石墨分子，每一个碳原子均为sp2杂化，并且贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子能自由移动，赋予石墨烯较为良好的导电性。二文的石墨烯结构可以看是形成所有sp2杂化碳质材料的基本组成单元。（其结构如图1所示）。
图1 石墨烯的结构示意图
1.3.2 标准的石墨型C4N3（g-C4N3）的结构
最近，研究小组尝试利用一种基于交联含腈阴离子的离子液体的新方法，来生产功能性碳材料[11]。实验涉及离子液体的高温分解，以及热解残渣间的化学键重组。所形成的碳网络具有高含量的pyrindinic构造单元，这指出了一个新的石墨氮化碳材料的类型（g-C4N3）[见图2]。
图2 g-C4N3结构示意图
1.4石墨烯以及延伸物C4N3的研究现状和发展前景
在简单的介绍石墨烯的的结构和延伸物的结构后，接下来着进一步了解研究进展。
1.4.1石墨烯的研究进展
2004 年安德烈•K•海姆(Andre Geim)教授和科斯佳•诺沃谢洛夫(Kostya Novoselov)首次制备出石墨烯以来，石墨烯受到了全世界科学家的广泛的关注。2009年5月26日，发表的关于石墨烯的SCI 文章2874篇，2008 年就有1123篇，发表在Nature和Science的相关论文超过了80篇；其中2008年，发表在Science 和Nature的文章就有30多篇。石墨烯是继纳米碳管、富勒烯球后的又一重大发现，石墨是三文或立体的层状结构，石墨晶体中层与层之间相隔340pm，相互的距离较大，以范德华力结合起来的，层与层之间属于分子晶体。但由于同一平面层上的碳原子间结合很强大，非常难破坏，所以石墨溶点也很高。其中一层就是石墨烯。石墨烯是由单层的碳原子组成吹冰方蜂巢状二文的结构，可以包裹起来形成零文的福乐烯（Fullerene），又一个名为巴克球（Buckyball)，其他还有球碳与芙，继金刚石和石墨之后于1985年发现的碳元素第三种晶体形态。卷起来可以形成一文的纳米碳管(Carbon Nanotube)，层层堆积形成三文的石墨（如图3）。纯净的石墨烯只有一个原子厚的结晶体，具有超坚固、超薄和超强导电性能等特性。石墨烯有优异的电学、力学和力热学能，在高性能纳电子器件、复合材料、气体传感器、场发射材料及能量存储等领域广泛应用。科学家认为石墨烯极有可能要取代硅而成为未来半导体材料，有非常广阔的应用前景。
图3 （a）石墨烯、（b）富勒烯、（c）纳米碳管和（d）石墨
1.4.2石墨烯的特点
力学性质：石墨烯中各碳原子之间连接非柔韧，当外部机械力施加时，碳原子面就能弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。美国物理学研究小组大量的试验，发现石墨烯为现在世界上已知的最牢固的材料，并且对石墨烯的机械特性进行了全面的研究。试验发现，石墨烯样品微粒开始碎裂前，每100 纳米距离上可以承受最大压力居然达到大约2.9 微牛。用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约为两吨重的物品。
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