深圳长石新能源科技有限公司：石墨烯的产业概述

石墨烯的介绍

很多人以为石墨烯是在年被发现的，其实不然。20世纪初

X射线晶体学创立以来，科学家就已经开始接触石墨烯了。年

V.Kohlschütter和P.Haenni详细地描述了石墨氧化物纸的性质（graphiteoxidepaper）。年

G.Ruess和F.Vogt发表了最早用穿透式电子显微镜拍摄的少层石墨烯图像。

最初，科学家试着使用化学剥离法（chemicalexfoliationmethod）来制造石墨烯。他们将大原子或大分子嵌入石墨，得到石墨层间化合物。在其三维结构中，每一层石墨可以被视为单层石墨烯。经过化学反应处理，除去嵌入的大原子或大分子后，会得到一堆石墨烯烂泥。由于难以分析与控制这堆烂泥的物理性质，科学家并没有继续这方面研究。

年

曼彻斯特大学和俄国切尔诺戈洛夫卡微电子理工学院的两组物理团队共同合作，首先分离出单独石墨烯平面。海姆和团队成员偶然地发现了一种简单易行的制备石墨烯的新方法。他们将石墨片放置在塑料胶带中，折叠胶带粘住石墨薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层碳原子构成——他们制得了石墨烯。

石墨烯的结构

石墨烯是由碳六元环组成的两维(2D)周期蜂窝状点阵结构，它可以翘曲成零维(0D)的富勒烯(fullerene)，卷成一维(1D)的碳纳米管(carbonnano-tube，CNT)或者堆垛成三维(3D)的石墨(graphite)，因此石墨烯是构成其他石墨材料的基本单元。石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，是最理想的二维纳米材料。石墨烯结构是平面六边形点阵，可以看做是一层被剥离的石墨分子，每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。二维石墨烯结构可以看做是形成所有sp2杂化碳质材料的基本组成单元。石墨烯的结构非常稳定，碳碳键（carbon-carbonbond）仅为1.42?。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外

石墨烯的性能

01在电学性能方面石墨烯常温下具有超高载流子迁移率(cm2/V·s)，电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，目前为止为电阻率最小的材料，有望成为新一代电子元器件的基材。02在光学性能方面石墨烯具有高透光性(单层吸收3.2%)，看上去几乎是透明的，利用高透光性和低电阻率可以开发透明导电膜、光电膜等。03在机械性能方面石墨烯是人类已经测量过的强度最高的物质。他的强度比钢铁还要高倍，具有1TPA(,,psi)时的拉伸模量(刚度)。04在热学性能方面石墨烯具有高导热性，导热系数高达W/m·K，高于碳纳米管和金刚石。利用高导热性可以开发散热膜、涂层材料等。采用石墨烯材料制成的导热膜片可以实现锂离子电池与环境间的高效散热。相对于传统的石墨片导热更快，可折叠性更好。05在生物相容性方面羧基离子可使石墨烯材料表面具有活性功能团，从而大幅度提高材料的细胞和生物反应活性。石墨烯呈薄纱状与碳纳米管的管状相比，更适合于生物材料方面的研究。并且石墨烯的边缘与碳纳米管相比，更长，更易于被掺杂以及化学改性，更易于接受功能团。

石墨烯的广泛应用

1.在电化学/生物传感器上的应用在基因测序领域，成功开发的DNA感测器，是一种以石墨烯为基础的场效应类晶体管设备，能够探测DNA链的旋转和位置结构，该感测器利用石墨烯的电学性质，成功实现检测DNA序列的微观功能。在化学传感器领域，石墨烯是电化学生物传感器的理想材料。通过石墨烯的表面吸附性，传感器灵敏度可以与单分子检测的极限相比拟。石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感，石墨烯制成的传感器在医学上检测多巴胺、葡萄糖等具有良好的灵敏性。

2.在电子材料领域的应用a.石墨烯电池石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的超高电子迁移率而开发的一种电池。正极材料决定电池能量密度，是电化学性能的决定性因素，目前可将石墨烯制成的导电浆料用于包覆正极材料，改善电极材料的导电性能，提高倍率性能和循环寿命。负极材料影响电池容量及充电效率，可以直接采用石墨烯，容量高、充电速率快。石墨烯电池的好处在于：①超大载流子迁移率：大幅度降低充电时间②高稳定性：提高电池循环稳定性③超大比表面积：提升电池容量

b.石墨烯超级电容器由于石墨烯独特的二维结构和出色的固有的物理特性，诸如异常高的导电性和大表面积，石墨烯基材料在超级电容器中的应用具有极大潜力。

c.石墨烯触摸屏石墨烯的良好的柔韧性、导电性和光学透明性完全能满足触摸屏要求，比目前的透明电极材料氧化铟锡(ITO)更完美。韩国研究人员已经制造出由多层石墨烯和聚酯片基底组成的透明弯曲的显示屏。3.在可穿戴设备及功能织物上的应用由于石墨烯纤维具有质量轻、高表面积、高导电性、超弹性，容易功能化，且与现有的织物技术兼容，使其适合成为可穿戴电子设备的重要元素。石墨烯作为世上最薄最有效的导电材料是可穿戴设备市场的完美选择。石墨烯导电油墨可以廉价地大量生产，并可以打印到各种材料中，包括衣服和纸张。在医院里，患者在胳膊上佩戴一个打印的石墨烯RFID标签，这种标签集成了其他的二维材料，可以感应到患者的体温和心率，并将数据传送到读取器。医护人员可以无线监测患者的身体状况，极大地简化了病人护理的程序。