碳的同素异形体

碳的同素异形体包括：

     零维的富勒烯(1985)、一维的碳纳米管（1991）、二维的石墨烯（2004）和三维的石墨。石墨、碳纳米管和富勒烯都可以看作是由石墨烯变形构成。零维的富勒烯是由60个碳原子以20个六元环和12个五元环连接而成的具有30个碳碳双键的足球状对称分子。碳纳米管的主体部分可以看作是一部分石墨烯片卷曲而成的中空结构。

图1  石墨烯是碳的其它同素异形体的基本组成单元。石墨烯是碳的二维结 

构，可以围绕成零维的富勒烯，卷曲为一维的碳纳米管或堆叠为三维的石墨

     石墨烯是单层碳原子以正六边形蜂窝状排列而成的二维结构，属于多环芳烃。单层石墨烯只有一个碳原子厚度，其原胞包含两个等价的碳原子，晶格键长度为0.142nm，层间距为0.335nm，石墨烯表面并不完全平整，而是由50-100A高度的褶皱，随着石墨烯层数的增加，褶皱程度越来越小。石墨烯中碳原子间的结合力很大，保证了结构的稳定，使其成为当前最坚固的材料，其硬度是刚的上百倍，甚至比钻石还要硬数倍。