石墨的晶体结构

英文

crystal structure of graphite)

简介

英国贝纳尔(J.D.Bernal)用X射线衍射法研究了石墨的结构
他于1924年提出理想石墨的结构，又称贝纳尔结构。石墨属于六方晶系构造。(见彩图插页第5、13页

碳原子六角网格第一层对第二层错开六角形对角线的1/2而平行叠合，第三层和第一层位置重复，成ABAB……序列。在石墨中，碳网层面的这种有规则的叠合方式，层面之间相互关系，常称为石墨关系。从第一层到第三层的A—A距离为石墨晶胞的c向距离，常记为。 在常温下，＝0.6708 nm，层间A—B距离为0.3354 nm层面上按碳原子点阵划出许多互相连接的等边平行四边形，其边长为0.2461nm。六方晶系石墨简称六方石墨，其晶体学参数常见表1。

表1 六方石墨晶体学参数

六方石墨晶胞体积

图1 用粗线划出的菱柱体就是六方石墨的单位晶胞。这一晶胞的体积V按下式计算：

图1 石墨的X光衍射图

由此得到V=3.519 nm。

菱面体石墨混杂在六方石墨中，不能单独分离出来，也可以认为是六方石墨的变体，又称β—石墨。

典型的菱面体石墨结构如图2所示。由下往
上，第一层(A)的2/3 1/30碳原子对着第二层(B)的2/3 1/3 1/3碳原子，再对着第三层(C)一个六角环的中
央，与四层(A)的2/3 1/30碳原子重合;第一层(A)的000碳原子对着第二层(B)的一个六角环的中央，再对着第三层(C)的00 2/3碳原子，与第四层(A)的
000碳原子重合。层面的叠合呈ABCABC ……序列。这种序列可划分为二类晶胞，一是正六面体晶胞，用双线划出，晶胞有6个碳原子;二是菱面体晶胞，粗线划出，晶胞有2个碳原子。菱面体晶胞的晶格常数α_r按六方石墨晶胞的晶格常数用下式计算：

晶棱夹角α按下式计算：

图2 菱面体石墨的晶体构造

菱面体石墨的晶体学参数见表2。

在石墨化程度较高的人造石墨中，有多达17%的菱面体成分，在天然鳞片石墨中最高可达30%。石墨受到机械研磨，层面在剪切力的作用下，作不规则滑移，出现混杂堆叠，如ABABCACACABC……等不规则情况，石墨结构受到破坏。但将这种石墨热处理至3000℃，其结构缺陷将得以消除，重新变为ABAB序列的六方石墨。

表2 菱面体石墨的结晶学参数