1.1石墨烯简介

石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来，由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯狭义上指单层石墨，厚度为0.nm，仅有一层碳原子。但实际上，10层以内的石墨结构也可称作石墨烯，而10层以上的则被称为石墨薄膜。单层石墨烯是指只有一个碳原子层厚度的石墨，碳原子-碳原子之间依靠共价键相连接而形成蜂窝状结构。完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构，由六边形晶格组成。

1.2石墨烯特性

石墨烯因为其特殊的结构，具有很多突出的性能，引起科学界巨大兴趣，成为材料科学研究热点。力学性能。石墨烯是目前已知的世界上最薄的材料（0.34nm），也是有史以来被证实的最结实的材料，强度可达GPa，约为世界上最好的钢材的多倍，且杨氏模量达1.-1.TPa。它具有极好的弹性，可被拉伸至自身尺寸的%，如果用石墨烯制成包装袋，虽然质量极轻，但它将能承受大约2t的物品。石墨烯的硬度比莫氏硬度10级的金刚石还要高，却具有很好的韧性（可弯曲性），迄今很少有材料能够同时具备这两种性质。

电磁性能。电子在石墨烯中传输的阻力很小，在亚微米距离移动时没有散射，具有很好的电子传输性质，其中电子的运动速度达到了光速的1/，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。最新的研究表明，石墨烯具有10倍于商用硅片的高载流子迁移率（cm2·V-1·s-1），也是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的2倍，因此有预言称，石墨烯将成为硅的替代品，从而改变人类的生活。除此之外，石墨烯还具有室温量子霍尔效应及室温铁磁性等特殊性质。

热学性能。石墨烯具有极强的导热性能，单层石墨烯的热导率可达W/m·K，是室温下纯金刚石的3倍，金属铜的12倍。

石墨烯还具有优良的透光性能，光子透过率高97.4%，其理论比表面积高达m2·g-1。

2.1石墨烯全球研究现状

自年英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，并共同获得年诺贝尔物理学奖之后，在全球范围内掀起了石墨烯研究开发以及产业促进的热潮。

石墨烯相关专利和知识产权的申请数量逐年递增。根据数据统计，石墨烯相关专利最早出现在年，随着研究的深入和诺贝尔奖的获得，年之后迎来了喷井式的爆发，年全球相关专利数量达到了篇，年已经增长到了篇，增长了20余倍，反映出石墨烯在近几年成为了研究的热点。通过石墨烯技术生命周期图可以看出，年之前石墨烯相关专利技术还处于萌芽阶段，年之后，每年都有大量的新增的发明人进入相关研究，新的技术不断出现，石墨烯技术进入快速成长阶段。年开始，增长率有所下降，说明石墨烯相关技术正在由成长阶段向技术成熟阶段过渡。

石墨烯上游-石墨

中国石墨资源丰富，其基础储量占世界总储量的24%左右，年石墨基础储量达到了.51万吨，其中已探明晶质石墨的储量达到了3亿吨。中国石墨的产量也位居世界前列，年中国石墨的产量已经达到了78万吨。随着石墨烯的研究进步，现在很多石墨烯相关产品已经开始准备商业化进程，石墨烯产业可能进入快速发展的阶段，市场正逐步扩大，预计未来年我国石墨烯市场规模将达到亿元。

石墨烯超级电容器石墨烯超级电容器介绍

超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。超级电容器对其电极材料有着“六高”的要求，分别是：高比表面积，高中孔率，高堆积比重，高纯度，高电导率和高性价比。综合各种电极材料特性来看，石墨烯具有较大的比表面积和较高的导电性，加上其特殊的平面二维结构，是超级电容器的理想材料，但是其较高的成本，仍是在技术上需要解决的问题。

防腐涂料

随着经济的发展和技术的进步，国内涂料的需求增长迅速。数据显示，我国涂料的产量从年的.78万吨，增加到年的万吨，近年来依旧保持一个增长趋势。钢铁等金属的生锈，腐蚀即影响了金属的使用寿命，又造成了大量的经济损失，因此国家对于防腐涂料的需求也在逐年扩大。石墨烯本身具有的独特结构性质，使其在物理防腐和电化学防腐方面都展现出一定的优势，相比于纯石墨烯防腐涂料，石墨烯复合防腐涂料能够兼顾石墨烯优异的化学稳定性、快速导电性、突出的力学性能和聚合物树脂的强附着力、成膜性，可协同提高涂料的综合性能。因此，石墨烯复合防腐涂料将是发张的重点，市场潜力巨大。

石墨烯锂电池

锂离子电池是迄今为止能量比最高的二次电池，而石墨烯又具有质地薄，硬度大，电子移动速度快，导电性强等优势，其出现为锂离子电池高性能，高容量，高倍率，长寿命的突破带来了可能。

石墨烯在负极材料中的应用

石墨烯的微观形状和结构很大程度上决定了石墨烯作为电池负极材料的电化学性能，石墨烯负极主要分为以下几类：石墨烯直接作为电池负极；石墨烯/SnO2复合材料；石墨烯/Si复合材料；石墨烯与Fe2O3,Co3O4等复合材料石墨烯在正极材料中的应用石墨烯在正极材料中主要利用的是石墨烯柔韧的网状导电结构和石墨烯的片层结构形成的连续的三维导电网络。目前石墨烯在正极材料中主要作为“辅料”，主要分类：石墨烯/锰酸锂复合材料；石墨烯/磷酸钒锂复合材料；石墨烯/磷酸铁锂复合材料。

石墨烯作为导电剂

石墨烯还可以作为导电剂添加进正负极材料中增加电极的导电性，提高材料的循环性能和高倍率性能，其改性效果明显要高于天然石墨，但是其高倍率性能不理想，难以广泛应用。

柔性屏

柔性显示是指一类使用柔性基板，可以制造成超薄、超大、可弯曲的显示器件或显示技术。柔性显示屏作为玻璃显示屏的替代品，具备耐冲击、可弯曲、轻量便携、节能环保等特性更适用于便携式或可穿戴式消费电子产品。

目前，传统手机触摸屏的工作层材料主要为陶瓷材料氧化铟锡（ITO），但是ITO弯折后就不在具有导电性，越来越无法满足未来移动设备，可穿戴设备，智能家居等的产品需求。近几年，出现了多种ITO的替代材料，比如：金属网格，纳米银线，石墨烯等。而这其中，石墨烯导电薄膜具有优秀的导电性，透光性，柔性等，被认为是柔性显示屏中可完美替代ITO的材料，未来可以广泛应用于触摸屏、可穿戴设备，智能家居等方面。

传感器

石墨烯有着独特的物理属性，使得它在探测和传感器方面是很有利的材料。石墨烯的具有大比表面积，使之对周围的环境非常敏感，即使是一个气体分子吸附或释放都可以检测到，因此可以用于石墨烯气体传感器。石墨烯具有很强的电子性能可以提供大面积检测，超高机动性和双极性场效应的特点，是优秀的生物传感材料，因此石墨烯生物传感器也有很广的应用。除此之外，目前还在石墨烯压力传感器，石墨烯液体传感器，石墨烯电化学传感器等方面的研究较多。