石墨材料的形成

1.導(dǎo)電性極佳：石墨烯中載流子電子和空穴是連續(xù)的，遷移率可以到達(dá)1&TImes;105cm2/Vs，電子的傳輸速度達(dá)到光速的1/300，大大超過了在一般金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體中的傳導(dǎo)速度，因而其擁有極好的導(dǎo)電性。

2.超高透光率：單層石墨烯在很寬的波長范圍內(nèi)的吸光度僅為2.3%，也就是單層石墨烯的透光率達(dá)到97.7%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于透明導(dǎo)電薄膜國際通用標(biāo)準(zhǔn)85%的要求。

3.超高強(qiáng)度：石墨烯被發(fā)現(xiàn)是繼碳納米管之后具有最高彈性模量和強(qiáng)度的材料。其強(qiáng)度是世界上最好的鋼強(qiáng)度的100倍，硬度比自然界中最硬的材料金剛石還高，同時(shí)又擁有極好的柔韌性，可以隨意彎曲。

4.超高熱導(dǎo)率：和石墨、金剛石和碳納米管相似，石墨烯也擁有非常高的熱導(dǎo)率，自由態(tài)的單層石墨烯在室溫下熱導(dǎo)率可以達(dá)到5000W/mK，是目前已知的導(dǎo)熱率最高的材料。

5.超大比表面積：由于石墨烯的厚度只有一個(gè)碳原子厚，因此單層石墨烯擁有超大的比表面積，可以達(dá)到2630m2/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通活性炭的比表面積。

如果單看這些屬性，那么石墨烯簡直表現(xiàn)完美。唯一不完美的，在于怎么能夠大量制備。

石墨烯制備技術(shù)

石墨烯的出現(xiàn)在科學(xué)界激起了巨大的波瀾，從2006年開始，研究論文急劇增加，作為形成納米尺寸晶體管和電路的“后硅時(shí)代”的新潛力材料，旨在應(yīng)用石墨烯的研發(fā)也在全球范圍內(nèi)急劇增加，美國、韓國，中國、日本等國家的研究尤其活躍。

目前眾多國際大牌廠商如陶氏化學(xué)、三星、IBM、華為以及蘋果等都在積極推進(jìn)石墨烯產(chǎn)業(yè)化的研究，從2004年至今，國際上關(guān)于石墨烯的專利申請(qǐng)已經(jīng)達(dá)到了幾千項(xiàng)，主要在石墨烯的制備、能源領(lǐng)域的應(yīng)用、顯示技術(shù)方面的應(yīng)用、石墨烯納米材料以及石墨烯復(fù)合材料等方面。但全球范圍內(nèi)都沒有實(shí)施大規(guī)模量產(chǎn)的先例，這主要是由于還沒有找到一種適合大規(guī)模生產(chǎn)的方法和途徑，同時(shí)這也是石墨烯成本一直居高不下的原因。

目前石墨烯主要的制造方法包括五種，分別是：機(jī)械剝離法、氣相沉積法（CVD法）、SiC熱分解法、氧化還原法等。其中最接近實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的是氣相沉積法。

石墨烯電池那么火，一篇文章全面讀懂石墨烯

石墨烯制備方法對(duì)比

石墨烯在汽車行業(yè)的潛在應(yīng)用

石墨烯是一種技術(shù)含量非常高、應(yīng)用潛力非常廣泛的二維碳材料，在眾多行業(yè)都具有廣泛甚至是顛覆性的應(yīng)用前景。而汽車產(chǎn)業(yè)又是建立在眾多行業(yè)基礎(chǔ)上的一個(gè)集成行業(yè)，因此石墨烯對(duì)于汽車行業(yè)也有重要的應(yīng)用價(jià)值和前景。

1.應(yīng)用于鋰離子電池，大幅縮短充電時(shí)間，提升電池容量

目前，全球汽車制造商使用的動(dòng)力電池主要使用鋰電池，以特斯拉為代表的鎳鈷鋁酸鋰電池、以比亞迪為代表的磷酸鐵鋰電池和以日本汽車為代表的錳酸鋰。

這三類電池以鈷酸鋰電池能量密度最高，但它在高溫下也最不穩(wěn)定；磷酸鐵鋰電池最穩(wěn)定，但能量密度最低。鋰離子電池技術(shù)已經(jīng)沉寂了20年沒有大的技術(shù)革新，其最大的障礙在于：鋰離子電池功率密度有限，其大量能量無法快速接收或釋放（即無法實(shí)現(xiàn)快充快放）。

石墨烯由于其超大的載流子遷移率，應(yīng)用于鋰離子電池上，可以大幅降低充電時(shí)間；而且由于其穩(wěn)定性可以提高電池循環(huán)穩(wěn)定性；另外由于超大比表面積還能提升電池容量。

特斯拉升級(jí)版的ModelS采用了改進(jìn)過的鋰電池，新改進(jìn)的18650型鋰電池的容量大幅度加大，6831節(jié)電池組數(shù)量沒有增加，但電池組的總?cè)萘繌?3kWh提高到了70kWh。特斯拉沒有確認(rèn)是否加入了石墨烯，不過，它的性能有如此大幅度的提升，恐怕只有石墨烯能做到。

鋰電池傳統(tǒng)制造強(qiáng)國是日本和韓國，在石墨烯電池上他們也正在搶奪技術(shù)先機(jī)。韓國科學(xué)家早在2014年11月就宣布，最新發(fā)明的石墨烯超級(jí)手機(jī)電池，可存儲(chǔ)與傳統(tǒng)電池等量的電量，但充電時(shí)間只需16秒。美國倫斯勒理工學(xué)院研究人員也預(yù)計(jì)，石墨烯陽極材料比如今鋰離子電池中慣用的石墨陽極充電或放電速度快10倍。

2014年12月初，西方媒體報(bào)道，西班牙Graphenano公司和西班牙科爾瓦多大學(xué)合作研發(fā)的石墨烯電池，一次充電時(shí)間只需8分鐘，可行駛1000公里。如果這一結(jié)果屬實(shí)，那么毫無疑問電動(dòng)汽車將完全顛覆傳統(tǒng)汽油汽車，成為汽車的主力軍。

2.表面防護(hù)材料

石墨烯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐腐蝕，耐氧化，強(qiáng)度大，并且容易在各種金屬表面生長，可以廣泛應(yīng)用于金屬材料表面保護(hù)。同時(shí)由于其導(dǎo)電性和高導(dǎo)熱性，也可廣泛應(yīng)用于有機(jī)材料的保護(hù)及防靜電領(lǐng)域。可以想象如果在汽車面板表面鍍上一層石墨烯，再也不用擔(dān)心愛車被劃了！

3.代替硅應(yīng)用于集成電路，助力無人駕駛

硅讓我們進(jìn)入了電子化時(shí)代，多晶硅已經(jīng)成為半導(dǎo)體行業(yè)的基礎(chǔ)原料，被大量用作集成電路的基板。隨著工藝技術(shù)的改進(jìn)，目前硅基芯片的運(yùn)行速度達(dá)到了GHz的級(jí)別，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)于計(jì)算機(jī)速度的要求越來越高。

然而，硅基芯片受到材料自身性能的限制，處理速度達(dá)到4-5GHz后就很難再提高，已經(jīng)逐漸不能滿足人們對(duì)速度的要求。在眾多的備選材料中，石墨烯因其超高強(qiáng)度、超高熱導(dǎo)率以及超強(qiáng)導(dǎo)電性而最引人矚目。