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石墨是元素碳的一種同素異形體，每個碳原子的周邊連結著另外三個碳原子（排列方式呈蜂巢式的多個六邊形）以共價鍵結合，構成共價分子。由于每個碳原子均會放出一個電子，那些電子能夠自由移動，因此石墨屬于導電體。 石墨是其中一種最軟的礦物，它的用途包括制造鉛筆芯和潤滑劑。碳是一種非金屬元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。拉丁語為Carbonium，意為“煤，木炭”，漢字“碳”字由木炭的“炭”字加石字旁構成，從“炭”字音。
高純石墨結構式由sp2雜化軌道形成的，即1個2s電子和2個2p電子雜化形成等價的雜化軌道，位于同一平面上，交角120°，它們相互結合形成鍵，而1個未參加雜化的2p電子則垂直于平面，形成π鍵，由此構成高純石墨的六角平行網狀結構，以平行于基面的方向堆砌。
在高純石墨平行網狀層內是σ鍵疊加π鍵，而在六角平面網層間則以較弱的范德華分子鍵結合。石墨有兩種堆砌形式：一種以AB AB 三維空間有序排列稱為六方晶系石墨，其碳原子間鍵長為1.4211*10的-10次方m，層間距d=3.3538*10的-10次方m，晶胞邊長。a=2.4612*10的-10次方m，晶胞高c=6.7079*10的-10次方m；另一種是以ABC ABC 三維空間有序排列，稱為斜方晶系石墨，這種結構實際上市六方晶系的變態，是由于晶體缺陷造成的。這種石墨在天然石墨中占20%~30%，當3000℃處理后，就成為六方晶系，故在人造高純石墨中不存在。
具有理想高純石墨晶體結構的巨大石墨單晶體是不存在的，即使從天然鱗片石墨中精選出來的單晶，其尺寸也僅幾毫米。但它作為一個科學模型，對碳素材料來說具有重要的指導意義。
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