2020-03-02 01:48:10 佚名

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图注:石墨烯半导体封装

对于相关行业技术人言而言，石墨烯堪称当前最热的全新材料,用途广泛。

石墨烯合金。航空航天领域常用到钛合金材料，它能够承受很高的温度，但导热性能却不理想。因此以往的做法往往是在设备上增加很多强散热装置，用机械结构来解决材料上的不足。而如今在钛合金中加入石墨烯，能够让它的散热性能提高200%左右，从而解决了很多问题。将石墨烯纳米片添加到铝合金、铜合金、钛合金和高温合金等中，还可以增加其拉伸强度和韧性，使合金的热导率、导电性等功能特性得到优化。

石墨烯防弹。石墨烯具有优胜的力学功用，在抗弹防护方面具有广泛的运用前景。国外研究表明，发现石墨烯遭到硅石球高速冲击时能灵敏松散冲击力，吸收入射能量的能力比钢强十倍，是凯芙拉纤维的两倍。将石墨烯与其它轻质高强材料复合，有望获得高功用轻型装甲体系。石墨烯能明显增强蜘蛛丝的强度，复合丝可达天然蛛丝强度的3.5倍，是单兵防弹衣的高功用材料。

石墨烯半导体封装。在电子封装材料领域，中国航发通过将石墨烯纳米片添加到铝合金中，开发出了线膨胀系数可控的新一代高性能电子封装材料。与传统的铝-硅合金相比，这种材料的导热性能提升1倍以上，强度提升90%;与铝-碳化硅材料相比，导热性能提升50%，价格降低一半。这种材料可用于雷达收发模块封装、大功率半导体器件底板等，对相关产业的技术升级具有重要意义。据介绍计算机是兵器火控体系的核心，其数据处理和存储能力抉择着弹道计算和灵敏打击的精准度。石墨烯器件制成的计算机速度比硅基微处理器高1000倍，在装备计划制造仿照、战场仿照、核爆仿照以及情报分析领域有重要意义，其他石墨烯器件还具有标准小、耗能低、发热量少等特征。

兵工科技

在最近于英国举行的2018年范德堡航展上，来自英国中央兰开夏大学的航空工程是们展示了被认为是全球第一架采用石墨烯外壳的飞机。据悉，这架叫Juno的无人机宽3.5米，它可能预示着未来飞机的发展方向。

除了中央兰开夏大学，谢菲尔德先进制造研究中心、曼彻斯特大学国家石墨烯研究所和Haydale石墨烯工业公司也参与了Juno的研发工作。这架飞机还使用了基于石墨烯打造的电池和3D打印的部件。

据了解，石墨烯不仅是世界上最强的人造材料，而且在导热和导电方面表现都非常优秀。由于它非常结实，所以能够增加传统机身材料的强度，而这不仅能够减少传统机身材料的使用量而且还能大大减轻飞机的重量。这样做的好处是能让飞机在无需使用更多燃料的情况下携带更重的有效载荷或是在给定燃料量下飞行更远的距离。

此外，由于石墨烯的良好导热性能让热量在这种材料中扩散，这样飞机外层就不容易结冰。

最后，石墨烯的导电性可以将雷击的能量分散到机身表面，而不再是通过局部加热的方式进而对飞机造成损伤。

据悉，工程师们计划在未来2个月内对Juno进行试飞。

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（1）能量存储与转换

①超级电容器

石墨烯是完全离散的单层石墨材料，其整个表面可以形成双电层；但是在形成宏观聚集体过程中，石墨烯片层之间互相杂乱叠加，会使得形成有效双电层的面积减少。即使如此，石墨烯仍然可以获得 100～230F/g 的比电容。

②在锂电池中应用

三星相关研究发现，石墨烯锂离子电池较普通锂离子电池的容量提升了 2 倍，且 200 次充放电之后，还能维持 1.5 倍的能量密度。

③在太阳能电池中应用

零带隙二维石墨烯材料具有高载流子迁移率、较好的电子传输能力、大比表面积、质地坚硬；在空气中不会被腐蚀、也不会降解、性能非常稳定。所有这些特性使石墨烯成为制造太阳能电池的好选择。

（2）传感器

目前制备的石墨烯传感器可用来检测 NO2、SO2、CO 以及 H2等众多小分子。由于石墨烯具有优异的生物相容性、高的载流子迁移率及热导率，可极大提升生物传感器的各种性能。石墨烯生物传感器不仅可以检测生物体内的小分子还可以检测像蛋白质、DNA 等生物大分子。目前研究较多还有石墨烯压力传感器、石墨烯温度传感器、石墨烯湿度传感器等不同类型的传感器。

（3）生物医药

在药物载体、基因测序、生物传感器等中的应用前景广阔。石墨烯具有单原子层结构，比表面积大，适用于药物载体。科学研究表明，功能化的石墨烯材料有望用作可控释放及靶向给药的药物载体，

此外，石墨烯还可用于基因测序。美国宾夕法尼亚大学的研究小组利用电子束技术，在石墨烯膜上烧灼出纳米大小的孔，在电场的作用下，微小的 DNA 链就可以穿过这些孔洞，通过电子测量手段检测 DNA 的易位，再根据 DNA4 个碱基各自独特的“电子签名”，就可以快速完成 DNA 测序。

（4）复合材料

石墨烯复合材料主要包括石墨烯金属复合材料、石墨烯高分子复合材料及石墨烯无机非金属材料。基于石墨烯巨大的比表面积，石墨烯金属纳米粒子复合材料可用来作催化剂。与炭黑相比，石墨烯金属纳米粒子的催化活性更高、耐毒性更好且催化剂的稳定性更好。而利用石墨烯的高强度及柔性，将其加入金属基体中可以合成质轻、高强度、高模量的金属基复合材料。

在高分子复合材料领域，基于优异的导电、导热及力学特性，石墨烯被视为导电橡胶、导电塑料、导热塑料等功能高分子复合材料的最理想的填料，在提高复合材料功能性的同时，还可以显著改善复合材料的机械性能。

具有优质特性的石墨烯和纤维素为原料，通过目前工业可用的湿纺技术制备石墨烯纤维及其纺织品，一方面利用石墨烯纤维极高的拉伸强度，有望超越碳纤维应用于航空航天、汽车、军工等领域，另一方面由于石墨烯纤维还能赋予复合材料于优良的力学、电学、热学、防辐射、抗菌性等功能特性，所制备的石墨烯/纤维素功能复合纤维及相应纺织产品在超导热导电服装材料、抗菌医用材料、生物医学纺织材料、阻燃材料、轻质纤维基导热导电复合材料等领域具有广泛的应用。

（5）节能环保

在大气污染治理与防治领域，石墨烯可以作为催化剂，催化污染气体的转化。

在水污染处理领域，石墨烯可作为载体制备高性能催化剂，催化污水中的重金属的转化；也可以作为重复使用的吸附剂，吸附水中的重金属以及有机染料、溶剂以及泄露的原油等。

在土壤污染治理方面，石墨烯可作为可回收、吸附容量高的吸附剂材料对有机污染物和重金属进行吸收。

在海水淡化领域，通过控制石墨烯薄膜上孔径的大小可允许水分子的通过，而将盐离子阻隔，在减少能源使用的同时实现海水的快速淡化。

在润滑添加剂方面，石墨烯具有超薄的片层结构优异的力学性能和自润滑性，这些特性使其在该应用领域受到关注。

此外，由于石墨烯的热电转换效率极高，因此在节能环保领域也有着广泛的应用前景。

（6）柔性显示

石墨烯由于具有优异的导电性，可弯折、机械强度好以及良好的透明性，使其在柔性显示领域有着广阔的应用前景。相较于氧化铟锡（ITO），石墨烯具有更佳的柔性及透光性。这种超柔性的（Ultra-Flexible）石墨烯让许多产品得以实现。

（7）热管理材料

石墨烯具有极高的热导率和热辐射系数，单层石墨烯的导热系数可达5300W/mK。因此，石墨烯作为极佳的散热材料，可用于智能手机、平板电脑、大功率节能 LED 照明、卫星电路、激光武器、高集成度系统热点等的散热。此外，由于石墨烯的热电转化效率极高，且由于是碳材料发热，因此具有快速红外加热的特性，对人体以及环境无害，因此在可穿戴设备以及健康智能家居领域具有巨大的应用前景。

（8）防腐涂料

将采用还原氧化石墨法制备的石墨烯作为防腐填料加入到树脂涂料中制备得到的石墨烯防腐涂层，研究表明，石墨烯的加入有效提高了涂层的防腐性能，加入石墨烯含量约 1%，其涂层防腐效果就能得到明显提高。石墨烯良好的防腐性能主要来自于其优良的导电性、独特的二维片层结构起到的突出的物理隔绝作用，以及其表面疏水等特性。

（9）代替硅生产电子产品

石墨烯具有一个非常好的特性，即被切成1nm 宽的元件，仍具有高的导电性。而当硅被分割成 10nm 的小片后，其电子性能将会消失。因此可用石墨烯制备更小的电子产品。此外，石墨还可以取代硅制造石墨烯晶体管，据估计，石墨烯芯片处理器的频率有望达到 1THz 以上。虽然目前石墨烯的研究仍然处于基础研究阶段，但基于其优异的性能以及制备石墨烯的原料是价格低廉的石墨，用石墨烯替代硅制造电子产品的应用前景广阔。

有初有终

　　石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，研究发现它结构非常稳定，迄今为止研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况;因此具有超薄、超坚固和超强导电性等特性。优良的性能让它有黑金的称号，被认为是新材料之王，已经许多国家列为头号技术研发。近期央视节目在介绍石墨烯时，就展示了最新一款用它制造成的新型防弹衣;而该防弹衣具有重量轻，防弹性能好的优点。

　　据介绍目前全球已有超过200个机构和1000多名研究人员从事石墨烯研发;不过目前为止，资料显示世界关于石墨烯大约有23000多个专利，而我国就占了60%以上。目前中国在石墨烯的功能化已经取得了很大的进展，研究发现石墨烯在增强复合材料方面也体现了优异的性能，可广泛应用于军工、精密制造业用于制造风力涡轮机、飞机机翼和超坚韧的防弹衣等军工产品。

　　而在其他的制造工艺中加入石墨烯，智能手机的触摸屏或将更薄、更轻，同时又最不易碎;计算机处理器的运转速度或将提高数百倍;科学家甚至预言石墨烯将成为彻底改变21世纪的“黑科技”。

　　中国拥有丰富的石墨储存量，达到了世界总储量的75%;以前处于无序竞争的状态，央视介绍曾经市场需求量一年只要60万吨，而我国竟然开采出了200万吨，这让很多国家都以较低的价格买入；然后这些国家经过深加工后，再以数十倍甚至上百倍的价格出口到中国。痛定思痛后中国采取了一系列措施整顿石墨的开采，压缩矿井数量，并且不在销售原矿;经过努力现在石墨产品的价格为5万一吨，而原矿才2000元一吨。

　　当前我国石墨正处于从实验室走向产业化的关键时期，产业化应用还有很长的路要走。

鼎盛成宁

1.什么是石墨烯？

石墨烯是一种二维晶体，人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯

2.石墨烯简介

由于石墨烯是集声、光、电、热、力、磁四种以上材料特性于一身，同时具备良好的透光性、导热系数高等普通材料不具备的性能，奠定了其在智能可穿戴设备领域作为超导材料最佳选择。

2015年，工业和信息化部、科技部和发展改革委联合发布推进的石墨烯产业发展意见中，石墨烯功能纤维及健康穿戴产品已被列入名单

作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。

3.石墨烯布料的优点

石墨烯做成的布料，最大的优点就是轻薄、保暖,而且还有抗菌、防紫外线、抗静电和透气等功能。另外因为石墨烯具有低温远红外功能,可自发热提高体表温度1到3摄氏度,达到自暖抗寒的效果。

中国科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长，而人类细胞却不会受损。利用石墨烯的这一特性可以制作绷带，食品包装，也可生产抗菌服装、床上用品等。

健康生活百科

石墨烯其实是一种纳米的材料，是将碳原子按照奇特的的杂化轨道组成的一种特殊材料。

石墨烯是天生就存在的，但得到它却需要从石墨中分离。英国的物理学家安德烈·盖姆和诺沃肖诺夫就因为使用微机械剥离法得到了石墨烯而获得了2010年诺贝尔物理学奖项。

仅仅是分离就得到了诺奖，可见这种物质是多么重要。

石墨烯具有非常优异的光学性能，力学性能，在生物医学，材料学中有着非常重大的应用前景，下面我们就来具体看看它的运用。

比如在基础物理学中，因为石墨烯的二维结构，电子的质量几乎不存在，这样的特性让石墨烯成为了罕见的研究相对论量子力学的凝聚态物质，这样的原理让那些必须在巨型粒子加速器中进行的试验可以放在小型的石墨烯中。

其次，石墨烯还能加速人类骨髓间充质干细胞的成骨分化。

另外，因为石墨烯还具有高导电性，高强度等特性，它还能用于航天航空，2014年NASA就开发了用于航天航空的石墨烯传感器。

总之，石墨烯有望成为新时代的器件，有关它的应用开发和研究也在持续升温。

蚂蚁科学

从一个热点说起吧。为啥只有中国高铁能竖硬币？除了路基、钢轨、车厢底盘做得比国外做得好，更重要的是：有超级电容器做供电缓冲。过去用的是美国货，三千五法拉。曾经占中国市场95%。韩国号称第一，五千五。不过，和韩国锂电板一样，韩国超级电容器也是易爆品，正常人不敢用。宁波出手就是猛虎：七千五法拉。随之，宁波率先实现了石墨烯的工业化生产（之前的石墨烯都是在实验室里生产的），成本只有国外的千分之七。真正开启了石墨烯应用时代。宁波新能源立即将石墨烯应用于超级电容器，结果是猛虎插翅，两年时间，九千五、一万二、三万。美国超级电容器用于高铁缓冲，单体容量不够大。而宁波超级电容器绰绰有余，中车宁波用它还开发了公交大巴，现在已在宁波、兰州、广州三地运营。今年中国智博会，中车宁波宣布，已试制成功超级电容器驱动的地铁。这些仅仅是石墨烯一个应用。用于锂电池会怎么样？显而易见。

按一下会响的虫

很高兴有人问这类问题，自己本身就是学物理的，但是整天回答的好多都是脑洞问题～～

石墨烯是什么？

石墨烯其实它也可以叫石墨，但在一定程度上有完全等同于石墨。因为石墨烯就是指极其薄的石墨，但是石墨烯却和石墨的性质有着巨大的不同。

所以你可以认为一层一层的石墨烯叠起来就是石墨，而厚度一毫米的石墨就可能包含300万层石墨烯，当你用铅笔轻轻在纸上划过时，其留下的痕迹就可能是几层或一层石墨烯。

石墨烯也属于二维纳米材料的一种，所谓二维材料是指电子仅可在两个维度的非纳米尺寸上自由运动（平面运动）的材料！所以这里的二维可不是指这个材料只有两个维度的空间！前面说了石墨烯就是极其薄的石墨，与之类似的还有硅烯、磷烯、锗烯等！

既然用铅笔轻轻划一下就可以得到单层石墨烯，那么你可能认为单层石墨烯的制备应该会很容易！以现在的眼光去看确实很容易，但在2000左右这件事情却让众多科学家为难不已！你可能想象不到是什么方法，很low的办法简单来说就是不停的用特殊胶带粘、撕石墨薄片，直到得到单层石墨烯。也正是因为如此英国的物理学家安德烈·盖姆和诺沃肖诺夫获得了2010年诺贝尔物理学奖项。

当然现在对于石墨烯的制备方法已经很多了，既有物理方法也有化学方法。例如：氧化还原法、外延生长法、化学气相沉积法（CVD）等。

石墨烯有什么用？

石墨烯的成功制备可以说在材料学掀起了一次革命！它具有优异的光学、电学、力学特性，因此在材料学、微纳加工、能源、生物医学等领域都有着巨大的前景。

如果从比较专业的说它的特性，石墨烯最大的优点是其独特的能带结构，它是零禁带宽度半导体。其导电的媒介——电子，表现为室温下就能稳定存在的零质量狄拉克费米子。这使得电子在石墨烯上传导时，能量损耗极低。这也使得石墨烯在室温下就可观察到反常量子霍尔效应，所以它对计算机的发展尤为重要！

总之，石墨烯绝对可以说是物理材料史上华丽的一页！大家有兴趣的话可以去看看维基百科，或者在知网搜一些中文综述先看看！

你对石墨烯有什么认识呢？

科学认识论

石墨烯(Graphene)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。它实际存在于自然界，只是难以剥离出单屋结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，例如，铅笔在纸上轻轻划一下，留下的痕迹可能是几屋石墨烯。它具有优异的光学、电学、力学特性。在物理、材料、电子信息、计算机等领域都具有重要的应用前累。随着批量化生产及其它研究难题的突破，最先实现商业化的可能会在移动设备、新能源电池等领域。传感器、晶体管、显示屏、电池、感光元件、复合材料等都是石墨烯应用中的研究方向，我国储能丰富，价格也低，所以石墨烯必将被广泛的应用。正因为它具有优良导电和光学性能的物理性质，所以还会亮灯。