轨道杂化,简而言之,就是指在形成分子时,由于原子的相互影响,若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来,重新组合成一组新轨道。
这种轨道重新组合的过程叫杂化,所形成的新轨道就称为杂化轨道。
通过杂化轨道理论形成分子时,一般的材料都会存在激发、杂化和轨道重叠等过程。
比如ch4分子的形成过程:碳原子2s轨道中1个电子吸收能量跃迁到2p空轨道上,这个过程称为激发。
但这个时候各个轨道的能量并不完全相同,于是1个2s轨道和3个2p轨道“混合”起来,形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道
然后4个sp3杂化轨道上的电子间相互排斥,使四个杂化轨道指向空间距离最远的正四面体的四个顶点,碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个h原子的1s轨道形成4个相同的σ键,从而形成ch4分子。
由于四个c-h键完全相同,所以形成的ch4分子为正四面体,键角10928'。
而之所以要这样做,好处在于杂化轨道形成的化学键的强度更大,体系的能量更低,可以更进一步的提高材料的稳定性。
这种手段应用在石墨烯单晶晶圆材料上,能极为有效的稳定晶圆的性能,弥补石墨烯材料的缺点。
众所周知,石墨烯材料优点很多,比如在非常薄的情况下具有非常硬的属性,韧性极高,导电性好等等。
因此它的用途极多,也非常广泛。
从光学、电学、力学特性,再到材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面都具有相当广阔的应用前进。
但优异的性能背后自然有着缺点。
除了大规模生产石墨烯非常困难且昂贵外,墨烯与氧气和热量(共同)具有很高的反应性。
由于石墨烯具有良好的导热性能,但其本身并不那么稳定,尽管后面科学家找了使用CVD这种可以生产大量的石墨烯方法。
但是无法在有氧环境中稳定存在是石墨烯巨大的缺点,包括韩元制备成的石墨烯单晶晶圆材料。
如果它在高温下与氧气反应,会导致生成氧化石墨烯,该氧化石墨烯会破坏石墨烯本身的性能,直至失去导电性能。
这对于石墨烯材料来说,可以说是一个致命的缺点了。
毕竟如果使用石墨烯制造成碳基芯片的话,不可能不商业化应用。
而商业化应用,你不可能给每一块芯片都配备一个无氧环境或者真空环境。
且不说需要耗费的金钱和资源,就对环境要求度极高的芯片这一块来说,那根本就不实用。
针对这个缺点,各国的专家都在寻找弥补的办法,但迄今为止,依然没有什么稳定有效的弥补方式。
而通过轨道杂化技术,可以有效的弥补这个缺点。
因为杂化后
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