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(jiǎng)。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(gè)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(dòng)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(gè)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(huì)給人類社會(huì)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(dòng)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(dòng)保溫的飯盒……在四川省石墨烯產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目對(duì)接會(huì)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(gè)數(shù)十萬億級(jí)的市場”，恒力盛泰石墨烯科技有限公司總裁厲楠在會(huì)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(duì)記者表示。多家參展商也表示石墨烯粉體1克價(jià)格在300元以上。來源于碳原子的石墨烯儲(chǔ)量十分豐富，為何會(huì)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(duì)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(gè)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(duì)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(dòng)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(duì)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(duì)接會(huì)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(duì)石墨烯應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化提供公共研發(fā)孵化平臺(tái)。

同時(shí)，“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(duì)記者表示恒力盛泰已研發(fā)出一款石墨烯新能源超級(jí)跑車。據(jù)他介紹，這輛跑車由石墨烯超級(jí)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(gè)月樣車會(huì)運(yùn)來中國，第一站到廈門。”厲楠表示。

對(duì)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(shí)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(jí)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)。