石墨烯是什么

近年来，我们经常听到石墨烯这个词，经常看到各种媒体发表各种研究进展，听到关于它如何改变我们生活的报道。那么，石墨烯是什么，它真的有这么强大吗？它在科学界是如何发挥作用的，现在能商业化使用吗？那么让我们来认识一下科学界的明星——石墨烯

什么是石墨烯？

我们都知道碳是什么。碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期组iva。拉丁文为carbonium，意为“煤、木炭”。碳是一种非常常见的元素，以各种形式广泛存在于大气、地壳和生物体内。也许你知道石墨是什么，但石墨烯不知道。其实石墨烯是由碳构成的，只是结构不同于普通的碳。就像我们熟知的钻石，其实是一种碳，只是碳原子的空间结构不同。

金刚石中的碳原子结构

石墨烯与石墨分离，是一种具有单原子层的二维碳纳米材料。各层碳原子以共价键连接，呈现蜂窝状点阵结构。石墨是一种常见的矿物，由多层碳原子组成，具有层状结构。这些层可以相互剥离。所以石墨可以用来做铅笔，写字的时候会留下写字的痕迹。石墨对我们来说是一种非常常见的物质。石墨烯是纳米尺寸的单层二维结构。

石墨矿物

石墨的层状原子结构

石墨烯的结构如下图所示，碳原子以六元环的形式排列在同一平面。碳原子以键的形式相互连接，每个碳原子会形成三个键，使得石墨烯具有良好的力学性能。碳原子周围剩余的价电子将形成垂直于碳平面的共轭大键，从而电子可在石墨烯平面间自由移动,效应也保证了石墨烯优异的导电性。石墨烯中的长程共轭键使其具有良好的热力学性能,机械性能和导电性能.性质

石墨烯的原子结构

大键的形成

2004年，《科学》杂志首次报道曼彻斯特大学的安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫成功分离出稳定的石墨烯，并讨论了石墨烯材料的基本性质。长期以来，人们一直认为单原子层的二维物质是不稳定的，在自然界是不可能获得的。直到2004年，novoselov等人使用非常简单的胶带剥离法将石墨剥离成单层石墨烯，开启了石墨烯等二维纳米材料的新时代。他们对石墨烯的研究获得了2010年诺贝尔物理学奖，在世界范围内引起轰动，推动了石墨烯材料的研究，推动了石墨烯在物理、化学、材料、生物医学和环境方面的研究。新的商业化石墨烯产品也正在出现。许多政府已经将石墨烯材料列为国家重点发展对象，对石墨烯材料的投资也在不断增加。近年来，关于石墨烯的研究报告呈指数级增长，许多问题和困惑层出不穷。

石墨烯有何优异的性能

1.导电性

石墨烯结构非常稳定，到目前为止，研究人员还没有发现石墨烯中缺少任何碳原子。石墨烯中碳原子之间的连接非常灵活。当外加机械力时，碳原子平面弯曲变形，不需要重新排列碳原子来适应外力，结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优异的导电性。石墨烯中的电子在轨道上运动时，不会因为晶格缺陷或者外界源的引入而发生散射。因为原子间作用力很强，即使室温下周围碳原子发生碰撞，石墨烯中电子的干扰也很小。石墨烯最大的特点是电子的运动速度达到光速的1/300，远远超过一般导体中电子的运动速度。这使得石墨烯中电子的性质，或者更准确地说是“载流子”，非常类似于相对论中微子。

2.机械特性

石墨烯是人类已知的强度最高的材料，比金刚石还硬，比世界上最好的钢还要强100倍。并且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达到1.0tpa，固有拉伸强度为130gpa。氢等离子体改性的还原石墨烯也具有非常好的强度，平均模量为0.25tpa，但其断裂强度未见报道。此外，目前人们已经组装成一种纸状材料。该材料的平均弹性模量和最大断裂强度分别达到32兆帕和120兆帕。

石墨烯碳纳米管

3.热性能

石墨烯具有非常好的导热性。纯无缺陷单层石墨烯的热导率高达5300w/mk，是目前为止热导率最高的碳材料，高于单壁碳纳米管(3500 w/mk)和多壁碳纳米管(3000 w/mk)。当用作载体时，其热导率也可达600 w/mk。

石墨烯能够将电子产品运行中产生的大量热量快速扩散到空气中，从而获得更好的工作性能和稳定性，在电子设备散热方面具有非常广阔的应用前景。石墨烯因其高热电转换效率和独特的物理化学性质而引起了许多科学家的关注。最近的研究发现，石墨烯由于其透明性、柔性、快速加热和石墨烯片上的温度均匀性而被认为是理想的加热元件。

现在很多智能旗舰手机都采用石墨烯贴片散热，以充分发挥手机的性能。

手机用石墨烯散热

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石墨烯的工业应用领域

代替硅生产半导体芯片

目前，晶体管由昂贵的硅制成，应用于电子设备时会产生热量。运行速度越快，电子的高速碰撞越激烈，产生的热量越多，这也是限制电子产品运行速度的重要因素。由于室温下的量子自旋霍尔效应，电子没有穿过石墨烯的阻力，产生的热量很少。而且石墨烯本身导热系数高，产生的热量会很快消散，所以石墨烯电子产品的运行速度比硅高。石墨烯也可以用来制备射频晶体管。目前，射频晶体管主要使用半导体材料硅或更昂贵的磷化铟。在相同的工作电压下，石墨烯中电子的速度是磷化铟的10倍，硅的100倍。

半导体晶片

研究人员还证明，在石墨烯中掺杂一定数量的多电子分子可以改变石墨烯的电化学特性，并在此基础上制备了n型晶体管，这是迈向石墨烯基电路的关键一步。估计石墨烯芯片处理器的频率有望达到1 thz以上。虽然石墨烯的研究还处于基础研究阶段，但由于其优异的性能和以低成本石墨为原料，用石墨烯代替硅制造电子产品的应用前景非常广阔。

柔性显示

石墨烯具有良好的导电性、透明性、柔韧性和良好的机械强度，在柔性显示领域具有广阔的应用前景。相对于ito，石墨烯具有更好的柔韧性和透光率。这种超柔性石墨烯层使许多产品成为可能，包括可折叠电子产品、柔性触摸屏和可穿戴设备。

柔性显示屏

锂离子电池

常规锂电池的非碳基负极材料主要包括锡基,硅基等过渡金属材料.在锂电池过程中，由于充放电过程中的热胀冷缩和应力变化，负极材料容易脱落和开裂，导致循环性能显著下降。添加石墨烯改性复合材料不仅可以提高材料的稳定性、导电性和储锂能力，还可以延长其使用寿命，符合电池行业的发展理念。同时，石墨烯由于其优异的导电性和力学性能，也可以应用于锂电池的负极材料。石墨烯可以改善一些储锂容量高但电导率低的材料的性能，还可以增强阴极材料的力学性能，延长其使用寿命。石墨烯还可以作为电极材料的添加剂，增强添加剂的导电性，提高其循环性能和高速率性能。通过不断的实验和研究，石墨烯可以逐渐取代石墨、乙炔黑等常规电池添加剂。

石墨烯对现代工业影响很大，不仅涉及工业，还涉及军事。自2004年发现以来，石墨烯因其独特的物理和化学性质，如力学、光学和电学，吸引了世界各地许多科学家的关注。正是因为石墨烯在材料领域的迅速崛起，一些二维纳米材料(如氮化硼、二硫化钼、黑磷等。)结构相似的也蓬勃发展起来，整个二维纳米材料家族吸引了全世界科学家的目光。目前，虽然有很多关于石墨烯制备方法的报道，但由于各种制备方法的局限性，石墨烯的应用研究和工业发展受到限制。如何找到一种低成本大规模生产高质量石墨烯的方法仍然是目前石墨烯研究的重点。此外，加速石墨烯的功能化和复合材料的研究也可以拓宽其应用领域。随着科学家研究的深入，石墨烯及其复合材料将在新能源材料、生物医学、水净化、纳米电子器件等领域具有广阔的应用前景。

石墨烯是什么（石墨烯有什么作用）

扩展阅读

石墨烯电热膜的优缺点（最好的石墨烯电地暖品牌）

随着科学的进步和科学技术的发展，一种新型材料——石墨烯应运而生。让我们简单看一下石墨烯。

01什么是石墨烯

石墨烯是一种六方二维碳纳米材料，由碳原子组成蜂窝状晶格，具有sp杂化轨道。

石墨烯具有优异的光学、电学和力学性能，在材料科学、微纳米加工、能源、生物医学和*物输送等领域具有重要的应用前景，被认为是未来的革命性材料。

02石墨烯的理化性质

（1）力学特性

石墨烯是已知的强度最高的材料之一，它还具有良好的韧性，可以弯曲。石墨烯的理论杨氏模量为1.0tpa，其固有拉伸强度为130gpa。氢等离子体改性的还原石墨烯也具有很好的强度，平均模量可提高0.25tpa。

石墨烯片组成的石墨纸有很多孔，所以石墨纸很脆。但是如果氧化得到功能化的石墨烯，会非常强，非常牢固。

(2)电子效应

石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm/(vs)，是硅材料的10倍，是载流子迁移率最高的锑化铟的两倍多。在某些特定条件下，如低温，石墨烯的载流子迁移率甚至可以达到250000cm/(vs)。

与许多材料不同，石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小，单层石墨烯在50 ~ 500k之间的任何温度下的电子迁移率约为15000cm/(vs)。

(3)热性能

石墨烯具有非常好的导热性。纯无缺陷单层石墨烯的热导率高达5300w/mk，是目前为止热导率最高的碳材料，高于单壁碳纳米管(3500w/mk)和多壁碳纳米管(3000w/mk)。当用作载体时，导热系数也可达600 w/mk。

(3)光学性质

石墨烯具有非常好的光学性质，在较宽的波长范围内吸收率约为2.3%，看起来几乎透明。

在几个石墨烯层的厚度范围内，每增加一层，吸收率增加2.3%。大面积石墨烯薄膜也具有优异的光学性能，其光学性能随着石墨烯厚度的变化而变化。

(4)溶解性

它在非极性溶剂中表现出良好的溶解性，并具有超疏水性和亲油性。

(5)熔点

2015年，科学家说是4125k左右，其他研究表明熔点可能在5000k左右。

(6)其它性质

它可以吸附和解吸各种原子和分子。

03石墨烯的锅是否有害

石墨烯锅包括壶嘴、锅体和锅盖，锅体包括第一锅体和第二锅体，第二锅体套在第一锅体内，第二锅体的底部层叠在第一锅体的底部并无缝连接；第一锅体底部和第二锅体底部之间设有石墨烯材料层。

第一锅体的锅体和第二锅体的锅体形成一个上部开口、底部封闭的围腔。使用时，锅不易糊，第二锅体的锅体在加热过程中受热更均匀，锅体对锅体内的饭菜具有保温性能。

可见石墨烯的锅，其中的石墨烯并不在锅外层表面，而在双层中间。所以对人体没有危害。

总之，石墨烯是一种新型材料，应用极其广泛。为了人类的利益，需要探索和发现更多的特征和应用。

已上市石墨烯电动汽车（石墨烯电磁汽车上市时间）

就电动车而言，主流电池是锂电池，时间高端的特斯拉也用18650锂电池。因为这种电池能量密度适中，比较成熟，所以成本控制有优势。然而，锂离子电池固有的缺点是不可避免的，可以及时进行技术控制，但锂离子电池的问题并不能完全解决。

石墨烯电池的出现，让人们对石墨烯在电动汽车中的应用充满期待。石墨烯电池具有容量大、导电性好、充电速度快的特点，并能减轻体重，是电动汽车的完美解决方案。

在我们还在期待石墨烯能够应用于电动汽车的同时，菲斯克品牌最近宣布，其菲斯克情感模型将于8月17日发布。它最大的特点是采用石墨烯技术的电池。石墨烯电池技术用于量产车，使得这项技术向主流电池迈进了一步。

目前该车采用跑车流线型设计。蝴蝶门让车充满科技感。汽车最高时速可达259km/h，续航里程可达644 km。随着石墨烯电池技术的应用，人们根本不需要考虑电池寿命。在国内真的可以用一部国产手机的广告词，充电五分钟，跑1000公里。

十大石墨烯上市公司（中国石墨烯公司排名）

最新消息，石墨烯板块领跌午后，徐东光电(000413)下跌，圣梅辛(600732)股价下跌超过4%，德尔期货(002631)下跌超过2%，碳科技(603133)等股票也不同程度下跌。那么，石墨烯上市公司有哪些呢？我简单介绍一下。

据报道，石墨烯板块领跌12月12日下午，徐东光电(000413)下跌，圣梅辛(600732)股价下跌超过4%，德尔期货(002631)下跌超过2%，碳科技(603133)，美度能源(600175)，中国宝安(00000)以下简要介绍一些石墨烯上市公司：

中国宝安(000009):公司2019年上半年实现营业总收入59.1亿元，同比增长35.5%；归属于母亲的净利润1.4亿元，同比增长20.2%。报告期内，公司毛利率为36%，基本保持上年水平，净利润为6.5%，同比增长1.3个百分点。此外，非经常性损益合计1478.5万元，对净利润影响较大。扣除非经常性损益后，归属于母亲的净利润为1.2亿元，同比增长3922.1%。

杉杉股份有限公司(600884):公司业务包括新能源业务和非新能源业务。新能源业务主要包括锂电池材料、新能源汽车和能源管理服务。锂电池材料业务是公司的核心业务和主要性能来源，涵盖正极材料、负极材料和电解质。杉杉股份有限公司(600884)2019年上半年实现营业收入44.41亿元，同比增长3.58%。

玉龙股份(601028):公司2019年上半年实现营业总收入1.8亿元，同比下降79.6%；归属于母亲的净利润为-827.2万元，而去年同期为7945.2万元，未能保持盈利。报告期内，公司毛利率为-1.2%，同比下降7.1个百分点，净利润为-14.2%，同比下降22.9个百分点。公司2019年上半年经营成本1.8亿元，同比下降78.1%，低于79.6%的经营收入下降率。