石墨烯簡介

石墨烯，是由單層碳原子經(jīng)電子軌道雜化后形成的蜂巢狀二維晶體，厚度僅為0.335nm。在2004年被從石墨中剝離而發(fā)現(xiàn)，獲諾貝爾獎。又稱為單層石墨，是碳納米管、富勒烯的同素異形體，優(yōu)異的碳納米材料。

根據(jù)中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)，單層石墨烯指由一層碳原子構(gòu)成的二維碳材料。石墨烯是由不多于10層的單層石墨烯周期性緊密堆積構(gòu)成。石墨烯材料泛指與石墨烯相關(guān)的、不多于10個碳原子層的二維碳材料。

石墨烯是從石墨材料中剝離出來的二維碳材料，按照碳原子層數(shù)可分為單層石墨烯、多層石墨烯及石墨烯微片。其中單層石墨烯是指碳原子僅僅在二維平面以六角蜂巢結(jié)構(gòu)排列構(gòu)成的嚴(yán)格單層碳材料，是一種沒有能隙具有線性能量分布的半導(dǎo)體，由于電子可以在晶體中自由移動而賦予單層石墨烯非常好的導(dǎo)電性。

石墨烯是至今發(fā)現(xiàn)的厚度最薄和的強(qiáng)度最高的材料。薄是因?yàn)槭┦怯商荚訕?gòu)成的二維晶體，厚度只有一個原子。雖然薄到極致卻非常致密，即使原子尺寸最小的氦也無法穿透它。

令人驚訝的是，提取這種神奇的物質(zhì)并不困難。這兩位科學(xué)家最初是用透明膠帶從石墨晶體上“粘”出一片石墨烯的（再這之前磚家們都認(rèn)為這東西只是理論上的物質(zhì)，而且不可能穩(wěn)定存在）。

當(dāng)然科學(xué)界都在關(guān)注石墨烯的研究進(jìn)展。可以想象這種神奇的材料一旦投入實(shí)際應(yīng)用將會給人類社會帶來多少革命性的變化

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在力學(xué)方面，石墨烯是人類已知最強(qiáng)最高的物質(zhì)，其楊氏模量達(dá)1Tpa，與單壁碳納米管相當(dāng)。強(qiáng)度約為180GPa，是普通鋼材的100倍。此外，石墨烯還具有良好的韌性，單位面積石墨烯片可承受4kg重量，可見其韌性相當(dāng)于碳纖維的20倍;在熱學(xué)方面，石墨烯自身的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到5300W/mK，是室溫下最好的導(dǎo)熱材料，導(dǎo)熱性能是碳納米管的1.51倍，是銅的13倍;在電學(xué)方面，石墨烯是室溫下最好的導(dǎo)電材料，由于其特殊的能帶結(jié)構(gòu)使常溫下電子運(yùn)動干擾小，傳輸質(zhì)量大幅提高。石墨烯的電學(xué)性能突出表現(xiàn)在高載流子遷移率及高電流密度，其載流子遷移率達(dá)15000cm2/Vs，相當(dāng)于商用硅片的10倍。電流密度耐性為2億A/cm2，相當(dāng)于銅的100倍。

石墨烯產(chǎn)業(yè)困頓：1克石墨烯比黃金貴

曲屏手機(jī)、可發(fā)熱的壁畫、可調(diào)節(jié)溫度的外衣、自動保溫的飯盒……在四川省石墨烯產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目對接會上看到了市場上最新的石墨烯產(chǎn)品。

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然而這些產(chǎn)品似乎還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有滿足大眾與市場的期望。“背靠十幾個數(shù)十萬億級的市場”，恒力盛泰石墨烯科技有限公司總裁厲楠在會議演講中這樣形容石墨烯產(chǎn)業(yè)。

自從2010年被成功從石墨中分離出來后，石墨烯以其良好的強(qiáng)度、柔韌、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及光學(xué)特性引發(fā)了人們無窮的想象。然而從實(shí)驗(yàn)室到市場化，石墨烯產(chǎn)業(yè)還面臨不少挑戰(zhàn)，有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為石墨烯產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入了困頓期。

“石墨烯一克比黃金貴。”重慶墨希科技有限公司一位參展工作人員對記者表示。多家參展商也表示石墨烯粉體1克價格在300元以上。來源于碳原子的石墨烯儲量十分豐富，為何會比黃金貴？“制備方法與量產(chǎn)是目前石墨烯產(chǎn)業(yè)的一大瓶頸。”北京墨希控股集團(tuán)公司總裁王仲勛對記者表示。

據(jù)了解，目前石墨烯制備主要有四大主流方法，包括微機(jī)械剝離法、外延生長法、化學(xué)氣相沉淀CVD法與氧化石墨還原法。“以CVD法為例，通過甲烷在銅表面反應(yīng)冷卻形成單層石墨烯，再將石墨烯轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移的過程就相當(dāng)麻煩，而且這個設(shè)備比較貴，好一點(diǎn)的上千萬元。”德陽烯碳科技一位工作人員表示。

貴的另一大原因是應(yīng)用終端并未真正實(shí)現(xiàn)市場化。雖然大多數(shù)參展企業(yè)表示目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)，達(dá)到年產(chǎn)量100噸，甚至300噸。“但真正的市場需求量仍然很小。”王仲勛對記者表示。據(jù)他介紹，在科研方面中國與世界幾乎同步，但在應(yīng)用端領(lǐng)域卻缺乏有效產(chǎn)品將市場調(diào)動起來。

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我們生產(chǎn)出來了，轉(zhuǎn)過頭卻發(fā)現(xiàn)沒有人買，于是又被迫轉(zhuǎn)向下游，生產(chǎn)應(yīng)用終端，比如可穿戴設(shè)備、手機(jī)等等。石墨烯行業(yè)是一座圍城，對資金的需求量相當(dāng)大。”王仲勛在演講中表示。

為解決科研領(lǐng)域與實(shí)際市場應(yīng)用端的脫節(jié)，29日在四川石墨烯產(chǎn)業(yè)合作項(xiàng)目對接會上，烯旺新材料科技股份有限公司出資，成立成都石墨烯產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù)研究院，對石墨烯應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化提供公共研發(fā)孵化平臺。

同時，“石墨烯+具體產(chǎn)業(yè)”也成為發(fā)展的另一方向。以恒力盛泰為例，厲楠對記者表示恒力盛泰已研發(fā)出一款石墨烯新能源超級跑車。據(jù)他介紹，這輛跑車由石墨烯超級電容輔助，車身較普通新能源汽車減輕一倍，車身硬度是鋼板的200倍，續(xù)航能力提升2至3倍，充電只需5至10分鐘，通過石墨烯還改造了車燈、輪胎、天窗、引擎蓋等近十項(xiàng)技術(shù)。“這款汽車英國威廉王子試駕過，下個月樣車會運(yùn)來中國，第一站到廈門。”厲楠表示。

對于此前有公司表示“充電五分鐘，駕駛1000公里”的傳聞，厲楠稱目前還沒達(dá)到這樣的水平，“但充電時間能夠控制在20分鐘左右了，相信5分鐘也很快能夠達(dá)到。”

全球合作或許是石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要路徑。據(jù)厲楠介紹，參與超級跑車生產(chǎn)的廠商包括加州鋰電、Novois、GT&T、Ways等近十家不同國家的研發(fā)與生產(chǎn)企業(yè)。