石墨烯与金刚石性能差异及原因分析
前文介绍了石墨烯和金刚石电子轨道的差异，其实这种杂化轨道差异会对两种碳材料的性能带来显著影响！
- 如下为两种材料的性能对比
| 性能 | 石墨烯 | 金刚石 |
| 导电性 | 高导电性（~10⁶ S/m），π电子离域形成导带 | 绝缘体，禁带宽度5.5 eV，无自由载流子 |
| 机械强度 | 高拉伸强度（130 GPa），柔韧可弯曲 | 超高硬度（莫氏硬度10），脆性大 |
| 热导率 | 超高面内热导率（~5000 W/m·K），电子+声子传导 | 高体热导率（~2000 W/m·K），声子主导传导 |
| 光学特性 | 近乎透明（吸收约2.3%可见光），适合透明电极 | 高折射率（2.42），强色散，用于光学窗口 |
| 化学稳定性 | 平面易氧化（边缘活性高），但整体惰性 | 极端化学惰性，耐高温、酸碱腐蚀 |
| 应用领域 | 柔性电子、传感器、复合材料 | 切割工具、散热基板、高功率器件封装 |
2.关键差异的量子力学解释
（1）导电性差异
石墨烯：离域π键形成半金属能带结构（导带与价带在狄拉克点接触），电子有效质量趋近于零，迁移率极高（~200,000 cm²/V·s）。
金刚石：sp³杂化导致宽带隙（5.5 eV），电子需极高能量才能跃迁，表现为绝缘性。
（2）力学性能差异
石墨烯：二维平面内σ键键能高（~420 kJ/mol），但层间范德华力弱，易滑移，表现为高强柔韧。
金刚石：三维共价键网络使外力需破坏四面体结构，需极高能量（硬度源自方向键的强各向同性）。
（3）热导率机制
石墨烯：面内声子振动模式高效（长程有序）+ 电子贡献，面内导热极佳，但层间导热差。
金刚石：纯声子导热（无电子贡献），但三维结构声子散射少，体热导率高。