被誉为“21世纪神奇材料”的石墨烯,是从石墨中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原…
被誉为“21世纪神奇材料”的石墨烯,是从石墨中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。它是目前世界上最轻、最薄、硬度最高、韧性最强,且导电导热性能俱佳的新型纳米材料之一。目前,石墨烯的研究与应用开发持续升温,有些科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。 石墨烯比一张纸轻得多,但强度却是钢的几百倍。我们都知道石墨是自然界中最软的矿物质之一,这也是我们的铅笔芯容易磨损的原因。那为什么从石墨中剥离出来的石墨烯却具有与石墨完全相反的特性呢?这是因为石墨烯的神奇力量并不来源于碳元素本身,而是源自其特殊的原子结构排列。人们在研究石墨的时候发现,其构造是单层原子结构一层层堆叠而成的,层与层之间容易发生滑动,因而石墨本身的结构并不牢固。但是当聚焦于单层石墨的原子结构时,就会发现其碳原子呈现蜂窝状的六边形排布方式,每一个碳原子都与周边三个碳原子链接在一起,从而形成了非常稳固的结构。这样的原子排列方式使得石墨烯不仅强度高,而且延展性极好。 材料导电是基于材料内部电子或离子的定向运动。具体来说,导电体如铜、银等,之所以能够导电,是因为其内部有自由运动的电子。这些自由电子可以在外加电场的作用下发生定向移动,从而形成电流,使得材料具有导电性。作为世界上导电性最好的材料之一,室温下电子在石墨烯中的迁移率是硅材料的10倍多,远超电子在一般导体中的运动速度。① 石墨烯之所以导电性能那么强,首先是因为石墨烯存在一种特殊的化学键——大键,正是这种化学键的存在,使得部分电子能够在整个石墨烯平面内自由移动,形成导电通道。其次,石墨烯的原子排列非常规则而且缺陷少,这样的完美晶格结构减少了电子无规则运动的概率,从而提高了电子的迁移率。最后,石墨烯作为单原子层厚度的特殊材料,电子在二维平面内移动时几乎不受厚度方向上的限制,这进一步提升了电子迁移速度和导电性。以上这些因素共同作用,让石墨烯具有优异的导电性能。 除了上文介绍的几项特性,石墨烯还具有优秀的导热性和光学性能。集这些优异性能于一身的石墨烯能在很多领域大展身手。 在电子领域,因为石墨烯具有极高的电子迁移率,可用于制造高速、高频的电子器件,如石墨烯场效应晶体管(GFET),为制造高速、高灵敏度的传感器和集成电路提供了可能。此外,由于石墨烯的透光率高、表面电阻小、均匀性好,且化学性能稳定、硬度大,使得它在柔性电子、光电子器件和电路领域有广泛应用。② 在能源领域,将石墨烯作为电极材料,可以提高锂离子电池的能量密度,延长其循环寿命,有助于生产出更长续航时间和更快速充电的电池,让我们告别“电量焦虑”。同时,石墨烯的比表面积大、柔韧性好、导电性能好,使其成为超级电容器中的理想电极材料,能够实现高能量密度和高功率密度的能量存储。③ 在航空航天领域,由于航天器在高空飞行的过程中会面临高温和强压问题,这就意味着制造航天器的材料必须具备特殊功能,在这方面石墨烯是不二之选。除此之外,石墨烯具有非常灵敏的传感特性,可以检测外太空环境的细微变化,因此可以被用于制造各种传感器,如压力传感器、温度传感器等。④ 问题:文章第八段中,对画横线处“这方面”理解最准确的是:
先想一想,再看答案与解析 ▸
正确答案:D
【正确率 61%|考点:词句理解题】
文段首先指出航天器在高空飞行的过程中会面临高温和强压问题,所以制造航天器的材料必须能够解决“高温”和“强压”两方面的困难,画横线处的“这方面”指的是石墨烯在“高温”和“强压”环境下的独特优势,D项“散热快和硬度高”的性能特点,正好完美解决了“高温”和“强压”两方面的困难,当选。
A项,“导电快”的性能特点,不能解决“高温”方面的困难,排除;
B项,“易切割”的性能特点,不能解决“强压”方面的困难,排除;
C项,“密度低”的性能特点,不能解决“强压”方面的困难,排除。
故正确答案为D。
【文段出处】《未来世界的超级材料》
考点词句理解题普通篇章