鉛筆芯中的筆芯材料是導(dǎo)電石墨，石墨的主要成分是碳，碳單質(zhì)根據(jù)內(nèi)部碳原子結(jié)構(gòu)的不同又分為很多種，比如有金剛石（也就是鉆石）、C60、石墨等物質(zhì)。
不同的物質(zhì)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的不同，表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)也不一樣，比如鉆石是自然界中存在的硬度最大的物質(zhì)，鉆石中內(nèi)部的碳原子以四面體的形式形成致密的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，化學(xué)鍵穩(wěn)定，因此強(qiáng)度非常大。
而石墨是由很多一層一層的網(wǎng)狀碳原子層組成，層與層之間依靠范德華力作用結(jié)合，這個(gè)作用力非常小，因此層與層之間容易滑動(dòng)，從而剝離開來(lái)。所以石墨還可以用來(lái)作為潤(rùn)滑劑，并且我們平常使用的鉛筆之所以能夠?qū)懗鲎郑彩且驗(yàn)槭珜拥拿撀湫纬闪艘粭l條書寫的痕跡。
鉛筆芯為什么能夠?qū)щ姡?br/>我們知道，物質(zhì)具有什么樣的性質(zhì)是由物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定的，鉆石是不會(huì)導(dǎo)電的，那么石墨又是如何導(dǎo)電呢？這就要談到石墨的結(jié)構(gòu)，之前講過(guò)，石墨是由一層一層的碳原子層構(gòu)成的，而這個(gè)單層的碳原子層實(shí)際上就是我們經(jīng)常聽說(shuō)的“石墨烯”。
石墨烯中的碳原子具有一個(gè)很特殊的結(jié)構(gòu)，碳的最外層電子有4個(gè)，那么它的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)應(yīng)該是形成四個(gè)共價(jià)鍵，但我們看到的碳原子層結(jié)構(gòu)中碳原子似乎只有三個(gè)鍵，其實(shí)這種碳原子層中還包含一種鍵，就是π鍵。
碳原子以六元環(huán)的形式排列在同一平面內(nèi)。同一個(gè)平面中相鄰的碳原子之間以 δ 鍵的形式互連，每個(gè)碳原子都會(huì)形成三個(gè) δ 鍵，從而使石墨烯能夠擁有良好的機(jī)械性能。碳原子周圍剩余的價(jià)電子會(huì)形成與碳平面垂直的共軛大 π 鍵，大 π 鍵中的電子可以看成是一個(gè)整體，電子能夠在整個(gè)π鍵中自由自動(dòng)，于是電子可在整個(gè)石墨烯平面中自由移動(dòng)，這保證了石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，而導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性又是具有關(guān)聯(lián)的，因此石墨的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性都非常好，正因?yàn)槭┚哂羞@些如此優(yōu)異性質(zhì)，現(xiàn)在有無(wú)數(shù)的科學(xué)家正在對(duì)石墨烯進(jìn)行研究，想利用石墨烯制作超導(dǎo)材料。
石墨烯中的能帶結(jié)構(gòu)
既然石墨是由一層一層的這種石墨烯組成的，那么石墨自然也會(huì)具有導(dǎo)電性，但是石墨的導(dǎo)電性并不是特別好，剛剛我們說(shuō)過(guò)，石墨烯導(dǎo)電依靠的是碳原子層之間的大π鍵，電子可以在單層的碳原子層中自由穿梭，但碳原子層與層之間電子的移動(dòng)是存在阻礙的。石墨中的碳原子層并不是一個(gè)大的整體，而是由無(wú)數(shù)微小零碎的的碳原子層組成，因此，在電子流動(dòng)過(guò)程中需要不斷越過(guò)不同的碳原子層，于是表現(xiàn)出一定的電阻。
如果用鉛筆芯畫出一條線，這條線能夠用來(lái)做導(dǎo)線嗎？
石墨是可以導(dǎo)電的，因此直接用鉛筆芯作為導(dǎo)體是完全沒問題的，但如果在紙上畫出一條線能導(dǎo)電嗎？理論上也可以，但這根線需要畫得很粗，并且電阻還不小，效率不高。
鉛筆在書寫過(guò)程中，由于筆芯與紙之間存在摩擦力會(huì)將微小的碳原子層一層一層剝離開來(lái)，但這些原子層在紙上的推積量非常小，導(dǎo)致不同碳原子層之間的接觸程度小，很有可能在某個(gè)地方就發(fā)生了斷路，因此，想要讓它導(dǎo)電，需要刻畫出一條很粗的筆跡，才有可能讓電子順利通過(guò)，同時(shí)電阻大小與導(dǎo)體的長(zhǎng)度也有關(guān)系，鉛筆繪制的線路不能太長(zhǎng)，否則也有可能因?yàn)殡娮杼鬅o(wú)法導(dǎo)電。
在利用鉛筆繪制的電路導(dǎo)電時(shí)，可以使用功LED燈等對(duì)電流要求很小的用電器，因?yàn)檫@類用電器即使在較小的電流下也可以工作。
所以，用鉛筆芯在紙上是可以畫出能夠?qū)щ姷碾娐返?，不過(guò)需要多次用力刻畫，讓石墨層之間緊密接觸，減小電阻（但電阻還是會(huì)很大，這是不可避免的），所以通過(guò)鉛筆繪制能導(dǎo)電的電路是沒有問題的。