康烯明珠｜“黑金”？“新材料之王”？石墨烯到底是什么？什么是石

　　石墨烯 是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以也叫做单原子层石墨。因本身出色的特性，又被世人称作”黑金“和”新材料之王“。

　　简单来说，石墨烯原本就存在于自然界中，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。

　　我们可以通过将天然石墨进行机械剥离，最后得到的仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。

石墨烯的发现

　　早在20世纪初，X射线晶体学的创立以来，科学家就已经开始接触到石墨烯了。1918年，欧洲科学家V.Kohlschütter和P.Haenni详细地描述了石墨氧化物纸的性质。1948年，G.鲁斯和F.沃格特发表了最早用透射电子显微镜拍摄的少层石墨烯(层数在3层至10层之间的石墨烯)图像。

石墨烯结构图

　　2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫使用透明胶带对天然石墨进行层层剥离的方法，最后取得了保持着完整的晶体结构的石墨烯。

　　2009年，也是这两位科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫，在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应，他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。

石墨烯的科研状况

　　关于石墨烯的研究，目前世界各国都是处在同一起跑线，各国起步时间基本相同，但因为科研水平和科研条件的差异，美国、日本、韩国都是处于世界领先地位，尽管石墨烯发源地在欧洲。

　　近年来，中国在石墨烯科研领域奋力赶追，从中外主要成果上可以看出，中国在制备高纯度大面积大批量制备石墨烯的工艺已经达到了世界领先水平，极大地降低了石墨烯的制造成本。而且中国科研人员发表的关于石墨烯的专业论文数量也已经反超日本，仅次于美国。

中国国际石墨烯创新大会

　　为了更好促进石墨烯技术的交流，我国也成立了相关的专业组织机构，从2014年到2018年，中国国际石墨烯创新大会连续五年成功举办，向世界展示了代表中国石墨烯产业顶级发展水平的成果，学习和吸收了国际石墨烯产业优秀发展经验，形成了属于自己的区域创新国际化交流平台。

石墨烯的强大用途

　　石墨烯是目前已知强度最大的材料，硬度是钢材的两倍，同时还具有一定的延展性，能够伸展20%，是一种类似于橡胶的柔性材料，柔韧性十分出色，可以作为制作新型柔性显示屏、航天器的部件的材料。

　　石墨烯自身由碳原子以特殊结构排列而成，比其他任何材料都具备更好的导热、导电特性。可以作为制作晶体管、超级计算机芯片、新能源电池的材料。

　　石墨烯因为本身特性的出色，目前在移动设备、航空航天、新能源电池等领域广为应用，并实现商业化。

　　最近网络上讨论的最多的新能源电池，华为、三星等大型企业纷纷都开始研制石墨烯电池，并计划在接下来的一两年内运用在新产品上，极大扩容了现有手机电池的容量，续航能力更加出色。

石墨烯电池

石墨烯未来前景

　　石墨烯因为用途广泛，储能丰富，价格低廉，成为现代工业的“味精”。

　　越来越多的领域开始使用石墨烯，成为新一代器件，应用前景十分广阔。

　　在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域，我国科研人员和企业不断深入研究，通过对石墨烯制备工艺的不断优化和改进，降低石墨烯制备成本使其优异的材料性能从而得到更广泛的应用。

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　　在中国，除了石墨烯电池，像石墨烯粉体、石墨烯发热膜也开始向专业化、产业化方向发展，在未来，更多的石墨烯产业，如雨后春笋般，出现在中国大地。