什么是石墨烯？ 

 

石墨烯是一種二維平面狀碳材料，由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀材料，屬于碳材料大家族的新成員，號稱新材料之王。

 

從學術角度講，碳有三種雜化方式，一個是以sp3雜化方式形成為大家所熟知的金剛石（鉆石），以及以sp雜化方式形成的石墨炔等。

 

石墨烯為何叫石墨烯？ 

 

高中課本中，有機化學有一類含有碳碳雙鍵的烯烴類化合物，如，乙烯(ethylene)、丁烯(butene)、苯(benzene)等，命名時均以ene結尾，石墨烯是石墨中的一個單層，該單層又全部由碳原子經(jīng)原子間的雙鍵和單鍵聯(lián)成的六角狀苯環(huán)結構形成的蜂窩狀碳原子結構構成，因此被命名為graphene,而中文譯名也就相應地成了“石墨烯”。

 

石墨烯是怎么制備的呢？石墨烯還分“男”和“女”么？ 

 

石墨烯怎么制備出來的呢？劉院士通常把石墨烯分為兩大類，粉體石墨烯和薄膜石墨烯，“男”石墨烯（粉體）和“女”石墨烯（薄膜）。

 

“男”石墨烯制作是用濃硫酸（氧化還原反應），粉體一層一層去氧化。一般制備一公斤的石墨烯，需要用50公斤的濃硫酸，3公斤高錳酸鉀，一噸水。院士還特別提醒我們在科研的同時也一定要注意環(huán)保哦。

 

“女”石墨烯采用化學氣相沉積技術制備，在1000度左右的高溫下，碳源裂解形成的碳的碎片在銅箔上重新成核生長，從而形成單層或幾層的石墨烯薄膜。

 

 

院士現(xiàn)場展示石墨烯產(chǎn)品

 

多厚算石墨烯？ 

 

在制備石墨烯的過程中，不同的層數(shù)和層數(shù)間的堆垛角度會導致不同的性質(zhì)；在制備石墨烯的過程中要控制好層數(shù)和堆垛的角度，才能制備出高性能的石墨烯材料。

 

在學術界，嚴格意義上講，只有單層石墨片才叫石墨烯；但是，科學家們也有一個基本的認識，認為10層以下也可以算作石墨烯。因為單層的石墨烯制備很困難，層數(shù)較少時還留有部分石墨烯的特性，因此10層以下也只是一個大致的界定。

 

石墨烯有哪些優(yōu)點？ 

 

1優(yōu)異的力學特性

最強、最堅硬的材料，其斷裂強度是鋼的200倍左右，比金剛石的硬度大。

 

2優(yōu)異的導電性能

電阻率只約10-6 Ω·cm，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。因為它的電阻率極低，電子跑的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。

 

3良好的熱傳導性能

 石墨烯的熱導率是5300W/m，而銅的熱導率是401 W/m.K，大概是銅的10倍還多；石墨導熱片越薄，導熱率越好。

 

 

4優(yōu)異的光學性能

石墨烯具有非常良好的光學特性，在較寬波長范圍內(nèi)吸收率約為2.3%，看上去幾乎是透明的。在幾層石墨烯厚度范圍內(nèi)，厚度每增加一層，吸收率增加2.3%。

 

石墨烯有哪些應用？ 

 

石墨烯在能源領域、生物醫(yī)藥領域、電子信息領域、功能材料、航空航天與國防、節(jié)能環(huán)境領域有廣泛地領用。石墨烯電池、超級電容器；電池加入百分之十左右，可以使充電速度加快，容量可以變大；可用于制作石墨烯涂料，涂料加入石墨烯可以減少鋅的使用，同時防腐效果提高很多，提高使用時間；

 

由于石墨烯的種種優(yōu)異的性能，人們正在開發(fā)它無限的應用。在2018年巴塞羅那世界移動通信大會，有個石墨烯的展廳，展品有柔性低成本薄膜邏輯電路、光探測器、傳感器（壓力、紅外、廣譜相機），可穿戴器件，還可用于神經(jīng)修復，矯正語言障礙，機器人四肢，太陽能電池等等，同時石墨烯在航空航天等國防領域，也有著廣泛的應用。正是因為如此，石墨烯材料正在得到各國政府的重視。

 

石墨烯的未來前景幾何？ 

 

石墨烯有廣闊的應用前景，各個國家企業(yè)都政府非常地重視，歐盟在2013年啟動了石墨烯航天旗艦計劃，每年投入一億歐元，希望可以將大學科研院所和產(chǎn)業(yè)界直接連接，同時推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，英國也牽頭組建了國家石墨烯研究院。

 

中國在2017年底，有4871家關于石墨烯的產(chǎn)業(yè)，到現(xiàn)在大約有6000家。中國全國各地都在創(chuàng)建產(chǎn)業(yè)園、創(chuàng)新研究中心、研究院等。據(jù)不完全統(tǒng)計國內(nèi)有60多家涉及石墨烯業(yè)務的上市公司，中國發(fā)表關于石墨烯的論文將近6萬篇，中國大陸石墨烯專利占全世界專利數(shù)的54.14%。但是大煉鋼鐵式的重復、低水平的建設可能會造成惡性競爭，不利于石墨烯產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展，應該加大國家投入，把政、產(chǎn)、學、研有機結合起來，做突破性創(chuàng)新研究，研發(fā)石墨烯的殺手锏級應用，推動國家的創(chuàng)新能力。

 

活動吸引了來自京津冀三地的石墨烯研究人員，九三學社社員，中國地質(zhì)大學學生以及周圍高校材料專業(yè)的學生們共同參與，300余人參加活動?；顒拥玫街袊刭|(zhì)大學（北京）的大力支持，并在北京廣播電視臺“北京時間”全程同步直播，截至活動結束，直播點擊量超過12萬。