細數石墨膜那些事兒

什麼是導熱石墨膜？導熱石墨膜是指在特殊燒結條件下，對高分子薄膜反覆進行熱處理加工形成的導熱率極高的材料。高分子薄膜在熱分解過程中，分子結構重組形成高定向石墨膜。石墨化程度越高，晶格越完善，導熱性能越好。

導熱石墨膜可以分單層、多層或複合結構。其中，單層石墨膜導熱係數最高。比如，我國優秀國產單程高導熱石墨膜的導熱係數為1900w/mk，意味著它可以使發熱元件表面降低溫度4-7攝氏度，這同時意味著，該石墨單膜的導熱能力比自然界導熱導電性能最佳的元素，銀，的導電性能還要高3倍。

要說，石墨膜，我們先來說一說「石墨」這個1.0版本的老大哥。為什麼石墨可以被加工成具有如此導熱性能之高的石墨膜呢？這和石墨的分子和分子結構分不開。

我們首先從原子結構說起。

石墨和鑽石一樣，是由碳原子組成的。但是，正如我們人類會將自己的屋子收拾的整整齊齊一樣，微觀世界也不是混亂不堪的。在微觀世界中，每個碳原子和碳原子之間按照一定的結構有序的「拉起小手」，而石墨和鑽石的根本區別僅僅在於每個碳原子之間拉手的方式不同。

可以觀察到，大蝦酥糖中間部位的斷層

大蝦酥從中間咬斷，斷口凹凸不齊，宛如狗啃，但是如果從側邊咬斷，則很容易產生「滑、層」的觸感。這是因為中間的糖在加工熬製的過程中，其物理和化學性質都有所改變，至於其中的道理，有點像蘭州拉麵：通過不停的拉縮工藝，將面提煉的更勁道；有有點像攪拌糖稀：吃過糖稀的同學都有體會，糖稀越攪和越粘稠，最後形成絲絲勁道的質感；還有點像是。。。言歸正傳。

以一個碳原子為中心往四周看，每個碳原子只和處於一個二維平面上的三個碳原子相連接；每個共話鍵之間的夾角恰好呈120度；但是從整體看，每六個碳原子就形成一個完美的平面六邊形；無數個平面六邊形組成了類似於平面蜂窩的結構。多麼完美的結構！被大自然鍾愛的形狀，必定有其被鍾愛的理由！

配圖：左邊是絕對對稱的鑽石三維結構，右邊是層層堆積的石墨結構

眾所周知，兩種物質之間，如果想要形成穩定的物質結構，每種物質在結合後應該外圍通過共享一些電子，使得每種物質之間的最外圍都有八個電子。查看一下我們熟知的化學物質結構，水，H2O，氯化鈉，NACL，都滿足這個必要條件。但是有時候事情也不一定這麼絕對。比如，當碳原子和碳原子擺在一起的時候，沒有形成新的第三種物質，但是外圍電子之間的作用力使得原子和原子之間依然有這樣一個趨向，即：原子和原子之間當通過共享一些電子，使得每個原子最外層都有八個電子的時候，結構最為穩定、原子和原子之間的作用力最強。

氧氣分子為O2，是兩個氧原子通過拉小手分享電子得到的物質

舉個例子，氧氣是大家最熟悉的物質之一了！氧氣是由兩個氧原子組成的。每個氧原子最外層都有6個電子，這可怎麼辦？如果想要形成穩定的結構，兩個原子外圍都必須有8個電子！大自然給出了最智慧的答案：通過共享兩個電子，每個氧原子周圍都有8個電子了！大自然的神奇，讓人類得以呼吸今天的空氣！多麼美麗的巧合!

回到我們原來的話題，石墨以及碳原子。

鑽石中的碳原子，每個都和另外四個碳原子相連接，通過電子共享，每一個原子周圍都是八個電子，這就是為什麼鑽石是世界上最堅硬的物質。而石墨和煤炭看起來很相似，但是石墨中每個碳原子只和三個碳原子相連接（如圖），這樣每個碳原子周圍就多出來一個電子，這多出來的一個電子，相當於一個小小的搬運工，會非常辛勤的搬運熱量和電子（電流），造成了石墨良好導電性和導熱性的優秀特質。

從石墨層結構上看，石墨物質的每一層，並非毫無章法進行堆列的，而是呈現ABABAB型結構。從上往下看，第一層和第三層的每一個碳原子平面位置精確吻合；第二層和第四層的碳原子的平面位置精確吻合。這種天然結構，比任何人造排列更為規範精確。

今天，我們介紹完「石墨」這種物質，明天，我們來介紹一下，和「石墨」僅差一字的同胞小妹「石墨烯」，你也可以稱她為，石墨2.0版本。別看石墨烯比較年輕，這個小姑娘，可擁有比筆直筆直、硬邦邦、撲克臉、一絲不苟的老大哥更加卓越的性能，以至於她成為了很多工程師的夢中情人。

石墨烯小姑娘意向圖

說實話，如果我國如果真的有一天能夠實現全民飛天的夢想，那可能還真得這個小姑娘派上用場。

歡迎關注青銅樹。曾用名：「奉國俠女張無忌」。備註：改名是為了滿足接生我的家中長輩願望。