石墨烯與金剛石性能差異及原因分析
前文介紹了石墨烯和金剛石電子軌道的差異，其實這種雜化軌道差異會對兩種碳材料的性能帶來顯著影響！
- 如下為兩種材料的性能對比
| 性能 | 石墨烯 | 金剛石 |
| 導電性 | 高導電性（~10? S/m），π電子離域形成導帶 | 絕緣體，禁帶寬度5.5 eV，無自由載流子 |
| 機械強度 | 高拉伸強度（130 GPa），柔韌可彎曲 | 超高硬度（莫氏硬度10），脆性大 |
| 熱導率 | 超高面內(nèi)熱導率（~5000 W/m·K），電子+聲子傳導 | 高體熱導率（~2000 W/m·K），聲子主導傳導 |
| 光學特性 | 近乎透明（吸收約2.3%可見光），適合透明電極 | 高折射率（2.42），強色散，用于光學窗口 |
| 化學穩(wěn)定性 | 平面易氧化（邊緣活性高），但整體惰性 | 極端化學惰性，耐高溫、酸堿腐蝕 |
| 應用領域 | 柔性電子、傳感器、復合材料 | 切割工具、散熱基板、高功率器件封裝 |
2.關鍵差異的量子力學解釋
（1）導電性差異
石墨烯：離域π鍵形成半金屬能帶結(jié)構(gòu)（導帶與價帶在狄拉克點接觸），電子有效質(zhì)量趨近于零，遷移率極高（~200,000 cm2/V·s）。
金剛石：sp3雜化導致寬帶隙（5.5 eV），電子需極高能量才能躍遷，表現(xiàn)為絕緣性。
（2）力學性能差異
石墨烯：二維平面內(nèi)σ鍵鍵能高（~420 kJ/mol），但層間范德華力弱，易滑移，表現(xiàn)為高強柔韌。
金剛石：三維共價鍵網(wǎng)絡使外力需破壞四面體結(jié)構(gòu)，需極高能量（硬度源自方向鍵的強各向同性）。
（3）熱導率機制
石墨烯：面內(nèi)聲子振動模式高效（長程有序）+ 電子貢獻，面內(nèi)導熱極佳，但層間導熱差。
金剛石：純聲子導熱（無電子貢獻），但三維結(jié)構(gòu)聲子散射少，體熱導率高。