石墨烯是什么

　　石墨烯(graphene)是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯的统称。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直到2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

　　石墨烯是从石墨材料中剥离出来，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0.335nm。既是现今最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它也有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。

一、石墨烯的分类

　　石墨烯是一种二维晶体，人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。

　　石墨烯(graphene)主要可分为：

　　1、按层数，它可分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯。

　　①单层石墨烯：指由一层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。

　　②双层石墨烯：指由两层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式堆垛构成的一种二维碳材料。

　　③少层石墨烯：指由3-10层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式堆垛构成的一种二维碳材料。

　　④多层石墨烯(也称厚层石墨烯)：指厚度在10层以上10nm以下苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式堆垛构成的一种二维碳材料。

　　2、按被功能化形式，常见的有氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯等等。

　　3、按外在形态，有片、膜、量子点、纳米带或三维状等等。

二、石墨烯的优点

　　1、石墨烯具有极高的载流子迁移率和热导率，迁移率是传统硅基材料的几十甚至几百倍。载流子迁移率对于微电子器件来说是非常重要的参数，如果迁移率过低，将会导致产热严重、响应频率低下等后果。因此，迁移率高、导热好的石墨烯被认为是一种理想的电子器件材料。

　　2、在航天科学领域中，石墨烯可以被当做保护层覆盖在一些元件的表面，用来降低被宇宙射线激发的二次电子。

　　3、石墨烯具有极好的热稳定性和化学稳定性。石墨烯熔点高达3850摄氏度，而且耐强酸、强碱等恶劣环境，具有很好的稳定性。

　　4、石墨烯是现今世界上强度最大的材料，据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜(厚度约100纳米)，它将能承受大约两吨重物品的压力，而且不断裂。已有科学家指出，这种强度的材料，可以成为未来“太空电梯”的首选材料。

　　5、带有纳米级的空洞石墨烯，可以用于海水淡化。在生物学研究中，让DNA长链一次经过石墨烯纳米孔，可以进行DNA测序。

　　6、石墨烯电极植入脑部，与神经元连接，可用于修复截肢、瘫痪甚至帕金森氏症患者的感知能力，协助他们更好地康复。

　　7、石墨烯增强金属结构材料在下一代飞机研制、航空发动机高温部件制造、未来高速飞行器研制等方面具有极高的应用价值。

三、石墨烯的前景

　　1、“神奇材料”石墨烯优势受关注

　　石墨烯是一种神奇的纳米级新材料，具有透光性好、导热系数高、电阻率低、电子迁移率高、高机械强度特点，能在很多应用领域取代原有材料发挥高效性能，因此已经取代硅，成为“二十一世纪新材料之王”。

　　2、石墨烯技术的应用领域全面

　　以电池领域为例，与传统电极材料相比，石墨烯具有高容量密度、高功率密度、电池结构与性能优化更好等优势。石墨烯应用于锂电池中，能大大提高电池容量，为新能源汽车解决续航问题。

　　基于石墨烯各种优秀的性能，各国都在不遗余力推动石墨烯产业化发展，石墨烯相关的技术研发已列入美国、英国、日本和韩国等国新材料领域重点的支持项目。

　　3、国内石墨烯产业初具规模

　　石墨烯备受关注，国内石墨烯兴起研发热潮，在技术研究方面，2011年，国内与石墨烯有关的论文为278篇，2012年为494篇，2013年为718篇，2014年上升至914篇，2015年为1239篇;技术专利上。目前我国在国际上已经申请2200多项石墨烯专利技术，约为全球石墨烯专利技术的三分之一。

　　不过，作为新兴行业，石墨烯产业化过程汇总仍有诸多不足之处。石墨烯产业链还极为薄弱，没有形成完整的、成熟的产业链上下游，石墨烯研发制备企业和下游应用企业脱节是主要特点。