石墨烯是什么材料 石墨烯有多贵

一、石墨烯简介

　　石墨烯，是由单层碳原子经电子轨道杂化后形成的蜂巢状二维晶体，厚度仅为0.335nm。在 2004 年被从石墨中剥离而发现。又称为单层石墨，是碳纳米管、富勒烯的同素异形体，也是优异的碳纳米材料。

　　ZG石墨烯产业技术创新战略联盟标准，单层石墨烯指由一层碳原子构成的二维碳材料。石墨烯是由不多于 10 层的单层石墨烯周期性紧密堆积构成。石墨烯材料泛指与石墨烯相关的、不多于 10 个碳原子层的二维碳材料。

　　石墨烯是从石墨材料中剥离出来的二维碳材料，按照碳原子层数可分为单层石墨烯、多层石墨烯及石墨烯微片。其中单层石墨烯是指碳原子仅仅在二维平面以六角蜂巢结构排列构成的严格单层碳材料，是一种没有能隙具有线性能量分布的半导体，由于电子可以在晶体中自由移动而赋予单层石墨烯非常好的导电性。

　　石墨烯是至今发现的厚度Z薄和的强度Z高的材料。薄是因为石墨烯是由碳原子构成的二维晶体，厚度只有一个原子。虽然薄到ji致却非常致密，即使原子尺寸Z小的氦也无法穿透它。

　　提取这种神奇的物质并不困难。有两位科学家Z初是用透明胶带从石墨晶体上“粘”出一片石墨烯的，再这之前砖家们都认为这东西只是理论上的物质，而且不可能稳定存在。

　　在力学方面，石墨烯是人类已知Z强Z高的物质，其杨氏模量达1Tpa，与单壁碳纳米管相当。强度约为180GPa，是普通钢材的200倍。除此之外，石墨烯还具有良好的韧性，其韧性相当于碳纤维的20倍。

　　在热学方面，石墨烯自身的导热系数达到5300W/(m·K)，是室温下Z好的导热材料，导热性能是碳纳米管的1.51倍，是铜的13倍。

　　在电学方面，石墨烯是室温下Z好的导电材料，由于其特殊的能带结构使常温下电子运动干扰小，传输质量大幅提高。石墨烯的电学性能突出表现在高载流子迁移率及高电流密度，其载流子迁移率达15000cm²/Vs，相当于商用硅片的10倍。电流密度耐性为2亿A/cm²，相当于铜的100倍。

二、石墨烯产业困顿：1克石墨烯比黄金贵

　　现在可以看到的石墨烯产品有很多，例如曲屏手机、可发热的壁画、可调节温度的外衣、自动保温的饭盒等，然而这些产品还远远没有满足大众与市场的期望。

　　自从2010年被成功从石墨中分离出来后，石墨烯以其良好的强度、柔韧、导电、导热及光学特性引发了人们无穷的想象。然而从实验室到市场化，石墨烯产业还面临不少挑战，以至于不少业内人士认为石墨烯产业已进入了困顿期。

　　石墨烯一克比黄金贵。很多企业出售的石墨烯粉体1克价格在300元以上。来源于碳原子的石墨烯储量十分丰富，为何会比黄金贵?制备方法与量产是目前石墨烯产业的Z大瓶颈。

　　据了解，目前主要有四大主流的方法来制备石墨烯，包括微机械剥离法、外延生长法、化学气相沉淀CVD法和氧化石墨还原法。以CVD法为例，通过甲烷在铜表面反应冷却形成单层石墨烯，再将石墨烯转移。转移的过程十分麻烦，而且这个设备比较贵，好的设备价格达到上千万元。

　　贵的另一大原因是应用终端并未真正实现市场化。虽然大多数企业目前已经能够实现量产，达到年产量100吨，甚至300吨。但真正的市场需求量仍然很小。在科研方面ZG与世界几乎同步，但在应用端领域却缺乏有效产品将市场调动起来。

　　石墨烯生产出来了，却发现没有人买，于是又被迫转向下游，生产应用终端，例如可穿戴设备、手机等。石墨烯行业是一座围城，对资金的需求量相当大。或许，合作会是石墨烯产业发展的重要路径。