原子排列成的一平方米二維材料會有多重？

石墨烯

不管二維材料有多薄，它當然會有質量了。雖然原子很小，但原子本身都是有質量的，例如，作為最小的原子，一個氫原子（氕原子）的質量大約為1.6737×10^-27千克，略大於質子的質量。下面以石墨烯為例，做個簡單說明。

石墨烯是只有一個原子厚度的典型二維材料。在石墨烯中，碳原子通過共價鍵相連，碳鍵的長度約為0.142納米，它們排列成六邊形的蜂窩狀結構，其排列方式與石墨相同。只是石墨是多層碳原子結構，而石墨烯是單層碳原子結構。因此，石墨烯可謂是最薄、最輕的材料，因為它的厚度只有一個碳原子，大約為0.335納米（3.35×10^-10米）。

掃描探針顯微鏡（SPM）下的石墨烯

作為最輕薄的二維材料，一平方米石墨烯的質量僅為0.77毫克，其中包含的碳原子個數約為4000億億（4×10^19）個。相比之下，一平方米普通紙的質量超過石墨烯的一千倍。如果用一片石墨烯來覆蓋一整座標準足球場，它的質量還不到1克。

不僅如此，石墨烯的特殊結構還使其擁有十分優異的力學性能和電學性能。石墨烯的極限抗拉強度可達130 Gpa，這相當於常用的反彈衣材料——凱芙拉縴維（芳綸1414）的350倍。另外，通過旋轉兩層石墨烯的角度，還能使其出現超導的現象。

掃描電子顯微鏡（SEM）下的石墨烯

由於石墨烯的優異性能，使它成為目前最為熱門的研究材料之一。2010年的諾布爾物理學獎更是頒給了為製備石墨烯做出開創性貢獻的兩位物理學家。

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