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金刚石晶体是全由碳原子通过共价键结合形成的晶体，是一种原子晶体，其结构为三维的共价键网状结构，故金刚石晶体也称共价晶体。在高考中，金刚石晶体的晶胞结构常被直接拿来考查或间接考查与金刚石具有相似晶胞结构的晶体。金刚石晶体的空间三维网状结构在价键理论中，碳（C）四价稳定。如图1-1所示，在金刚石晶体中，每个碳原子则都采取sp3杂化方式与周围的4个碳原子形成4个共价单键，这5个碳原子在空间的相对位置就如同甲烷的5个原子（1个碳原子、4个氢原子）在空间的相对位置，为正四面体结构，碳碳键键角为109°28′。这种小的正四面体结构在空间的延伸则形成金刚石的三维空间网状结构。
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正是由于金刚石晶体是碳原子之间通过共价键结合而成，而碳碳键（C—C）的键长很短（154pm），键能很大（347.7kJ/mol），从而使得金刚石晶体的熔点很高（>3500℃），硬度很大。原子晶体都是通过共价键形成的晶体，因此也都有着类似金刚石的高硬度、高熔点的物理特性。金刚石晶体结构中，碳原子之间形成了许多的环状结构。根据成环的碳原子数目可以分为六元环（6个碳原子形成的环，下同），十元环等等。其中简单的也就属六元环，六元环也即金刚石晶体结构中小的环。2015年高考全国卷中曾经考查过金刚石中每个碳原子被多少个六元环所共用。不少学生对每个碳原子被12个六元环所共用表示很难理解。
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航空航天由于高导电性、高强度、超轻薄等特性，石墨烯在航天军工领域的应用优势也是为突出的。2014年，美国NASA开发出应用于航天领域的石墨烯传感器，就能很好的对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进行检测。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用。感光元件以石墨烯作为感光元件材质的新型感光元件，可望透过结构，让感光能力比现有CMOS或CCD提高上千倍，而且损耗的能源也仅需原本10%。可应用在监视器与卫星成像领域中，可以应用于照相机、智能手机等。
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