又硬又韧性好的材料（比发丝细却比钢还硬）

说到世界上最坚硬的东西

你首先想到的可能是它

钻石

钻石就是经过琢磨的金刚石，而金刚石是目前地球上已知的自然物质中最坚硬的。

金刚石是由碳元素组成的单质晶体，我们都知道，当碳原子的排列组合方式不同时，物质形态也大不相同，这时我们把它们统称为碳的同素异形体。

其中我们最常接触到的就是石墨，也就是用来做铅笔芯的材质。

铅笔芯的材质就是石墨

虽然和金刚石一样由碳原子组成，但它却全然没有金刚石这样坚硬，反倒是质地非常柔软。

那是因为石墨是层状结构的，层与层之间以范德华力结合，容易滑动。

“

范德华力一般指分子间作用力，即存在于中性分子或原子之间的一种弱碱性的电性吸引力，它比化学键弱得多。

这也是为什么石墨能用来写字，其实石墨在纸上摩擦着色的过程，就是石墨层从石墨上剥离的过程。

石墨层状结构

这些剥离的层状物质也有自己的名字，叫做石墨烯，它也是碳的同素异形体。

换句话说，石墨烯就是单层的石墨。

从厚度上来看，单层石墨烯只有一根发丝直径的二十万分之一。

看到这里你可能会想，既然石墨烯是从石墨中剥离得来的，那应该也和石墨一样柔软吧？

完全相反，明明是从质地柔软的石墨中剥离出来的，但石墨烯的强度却比钢还要硬200倍！

哥伦比亚大学的物理学家们曾对石墨烯强度做过一次全面测试，他们将厚度只有10-20微米的石墨烯微粒放置于晶体薄板上，然后通过探针给石墨烯样品施加压力。

随后物理学家们惊奇地发现，在每100纳米距离上的小微粒，需要在施加了2.9微牛的压力后才开始破裂。

根据这一结果，物理学家们测算出，如果要让长度达到1米的石墨烯单层薄板断裂，那么需要施加55牛的压力。

相当于仅一层保鲜膜那么厚的石墨烯，就需要一头大象平衡地站在铅笔上才能刺破。

大象站在铅笔上才能刺破石墨烯薄板

石墨烯竟如此“刚强”！

不过，我们这里提到的强度，是指断裂强度，和金刚石的“坚硬”不同。

石墨烯之所以强度高，是因为它是呈二维状的平面薄膜材料，相较于其它三维材料（例如金刚石这种块状物体），石墨烯是由高度稳定的C-C键连接而成。

石墨烯二维六角网格状结构

这种二维六角网格状结构，不仅键强度极高，同时弹性和延展性也十分出色，石墨烯的延展幅度能达到自身的20%。

这便是石墨烯断裂强度极高的原因。

基于石墨烯这一特性，如果把它用在航空航天、汽车行业上，那么在保证材料强度的同时，重量也会轻很多，无论是安全性还是节能性上都能得到极大的提升。

参考文献：

[1] 史蒂夫·米尔斯基.大象如何站在铅笔上[M].北京:外语教学与研究出版社.2014:68-70.

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