石墨烯是什么

石墨是由一层层蜂窝状有序排列的平面碳原子构成的晶体。当把石墨片通过物理或化学方法剥成单层之后，这种只有一个单原子层的石墨薄片称为单碳层石墨烯。不要看它薄，它的硬度甚至比钢铁要高几百倍！

因为薄，所以石墨烯具有良好的透光性，以肉眼来看，完全可以说它是透明的。同时，由于石墨烯具有良好的强度、柔韧度、导电导热性能，为新能源、大健康、电子信息、节能环保、生物医药、化工、航空航天等七大应用领域带来了巨大的改变。

2017年数据

我国对石墨烯领域的研究与开发也较早就给予了关注。根据国土资源部统计，我国石墨储量占全球的70%以上，石墨烯研发应用水平也与发达国家基本同步。

由于石墨烯是目前为止导热系数最高的材料，具有非常好的热传导性能，所以它被大量运用在全新的采暖行业。

和常规发热膜一样，石墨烯需要通电才能发热，当在石墨烯发热膜两端电极通电的情况下，电热膜中的碳分子在电阻中产生声子、离子和电子，由产生的碳分子团之间相互摩擦、碰撞(也称布朗运动)而产生热能，热能又通过控制远红外线以平面方式均匀地辐射出来。

石墨烯通电后，有效电热能总转换率达99%以上，同时加上特殊的超导性，保证发热性能的稳定。但是与常规金属丝发热膜不同的地方在于，发热稳定安全，而且散发出来的红外线被称为“生命光线”。

综上所述，石墨烯材料良好的导电导热性能非常适合应用于新型采暖行业，让采暖过程更加舒适，便捷。

（Graphene）是一种二维晶体，由碳原子以 sp2 组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。

石墨烯的结构

毋庸置疑，石墨烯是继纳米碳管、球后的又一重大发现，石墨是三维（或立体）的层状结构，石墨晶体中层与层之间相隔340pm，距离较大，是以结合起来的，即层与层之间属于分子晶体。

但是，由于同一平面层上的碳原子间结合很强，极难破坏，所以石墨的溶点也很高，化学性质也稳定，其中一层就是石墨烯。

石墨烯是由单层碳原子组成的六方蜂巢状二维结构，它可以包裹起来形成零维的富勒烯（Fullerene，又译作福乐烯），又名巴基球或巴克球（Buckyball，其他名称还有与芙，是继和石墨之后于1985 年发现的的第三种晶体形态。

卷起来形成一维的纳米碳管（Carbon Nanotube 是具有石墨结构、并按一定规则卷曲形成纳米级管状结构的孔材料），层层堆积形成三维的石墨。

石墨烯的特点

纯净的石墨烯是一种只有一个原子厚的结晶体，具有超薄、超坚固和超强导电性能等特性，石墨烯具有优异的电学、热学和力学性能，这些特点可以帮助石墨烯在高性能纳米电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域获得广泛应用。

科学界认为石墨烯极有可能凭借无与伦比的特点和优势取代硅而成为未来的，具有非常广阔的应用前景。

　　石墨烯是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性最好的新型二维材料，在智能装备、航空航天、能源储存和环境治理等诸多领域应用潜力巨大，是重要的战略新兴材料。

记者从复旦大学获悉，该校与新加坡国立大学研究人员合作，通过在石墨烯表面引入极少量可电离含氧官能团，实现高质量石墨烯在水相中的高效率制备，有利于加速石墨烯大规模产业化应用。相关成果近日在线发表于《自然·通讯》杂志。

然而，如何实现高质量石墨烯的高效率、规模化制备，一直是制约其大规模应用的关键难题。理想解决方案是从天然鳞片石墨出发，将其在液相中剥离成石墨烯。

如何克服这些难题？研究人员采用一种非稳定分散的策略，通过在石墨烯表面引入极少量的可电离含氧官能团，实现在极高浓度（50mg／mL）下的快速、高产率剥离，剥离产物90％以上为单层石墨烯，且晶格缺陷少。剥离过程中，由于表面双电层被压缩，石墨烯以絮凝方式析出形成沉淀，后者即使浓缩至固含量很高的滤饼，室温储存一月后，仍可再次分散于水溶液中形成均匀稳定的石墨烯悬浮液，从而有效解决石墨烯规模化应用中的储存和运输问题。

此外，该方法制备的石墨烯水相浆料表现出良好的流变特性，可直接通过3D打印制备各种形状的石墨烯气凝胶，从而为石墨烯在储能、环境治理、多功能复合材料等领域的应用开辟了新途径。

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