一、石墨烯材料簡(jiǎn)介

       現(xiàn)在全世界對(duì)石墨烯也沒(méi)有一個(gè)明確的定義。2004 年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫發(fā)現(xiàn)單層石墨烯(graphene)。兩人因在石墨烯材料方面的卓越研究工作被授予2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。所以最初的石墨烯僅指一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，是只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。然而后續(xù)研究表明，從電學(xué)性質(zhì)上講，兩層與三層、乃至十層的碳原子也具有各自特殊物理性質(zhì)，目前厚度在10層碳原子層以內(nèi)的片狀石墨材料定義為石墨烯這一說(shuō)法逐漸被學(xué)術(shù)界認(rèn)可。最近成立的中國(guó)石墨烯聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)認(rèn)定，厚度在10層以內(nèi)的碳原子材料才屬于石墨烯范圍。

      石墨烯就是一種神奇的材料，只要添加一點(diǎn)進(jìn)入其它材料就有可能產(chǎn)生神奇的效果，不愧為材料界的“超級(jí)材料”。石墨烯不僅“最薄、最強(qiáng)”，作為熱導(dǎo)體，它比目前任何其它材料的導(dǎo)熱效果都好。利用石墨烯，科學(xué)家能夠研發(fā)一系列具有特殊性能的新材料。因?yàn)樗碾娮杪蕵O低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來(lái)發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的芯片，取代硅材料。由于石墨烯實(shí)質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來(lái)制造透明觸控屏幕、光板，甚至是太陽(yáng)能電池。超級(jí)電容和芯片，是全世界研究石墨烯的重點(diǎn)領(lǐng)域，也是未來(lái)石墨烯革命的決勝點(diǎn)。石墨烯的應(yīng)用必然是一個(gè)由低端向高端延伸的過(guò)程。利用石墨烯的導(dǎo)電導(dǎo)熱性的低端應(yīng)用這兩三年內(nèi)將會(huì)崛起，而應(yīng)用于光電轉(zhuǎn)換的電池以及代替硅材料的芯片領(lǐng)域，仍需要較長(zhǎng)的時(shí)間。”

       二、石墨烯制造

      石墨烯的實(shí)用化產(chǎn)品分為兩類：石墨烯薄膜和石墨烯粉體。實(shí)驗(yàn)室制備石墨烯的方法很多（參考下圖）。但是批量生產(chǎn)石墨烯的方式目前主要是兩種：一種是利用化學(xué)氣相沉積在金屬表面生長(zhǎng)出單層率很高，面積很大的石墨烯薄膜材料；一種是將天然石墨通過(guò)物理或者化學(xué)的方法粉碎，形成石墨烯粉體。石墨烯粉體看起來(lái)就是很細(xì)的黑色粉末。國(guó)內(nèi)石墨烯粉體和石墨烯薄膜已具備批量化生產(chǎn)能力，預(yù)計(jì)一系列石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用即將大規(guī)模鋪開(kāi)。作為科技含量很高的材料，石墨烯粉體的生產(chǎn)過(guò)程中，研發(fā)、技術(shù)和設(shè)備都很重要，生產(chǎn)中的人力成本非常小。年產(chǎn)能50噸石墨烯粉體的企業(yè)，生產(chǎn)過(guò)程中只需要幾個(gè)工人而已。

      三、石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域

      1、石墨烯薄膜的應(yīng)用

      手機(jī)觸摸屏打響石墨烯薄膜應(yīng)用第一槍。石墨烯薄膜在2014年的亮點(diǎn)就是在觸摸屏領(lǐng)域，2015年在柔性顯示、可穿戴電子將有所突破。據(jù)統(tǒng)計(jì)，移動(dòng)設(shè)備觸屏產(chǎn)量在2015年可能將達(dá)到3600萬(wàn)平方米。這在一定程度上也展現(xiàn)了石墨烯ITO薄膜的市場(chǎng)空間。2016年國(guó)內(nèi)國(guó)外的企業(yè)可能會(huì)在柔性太陽(yáng)能電池方面有所突破，2017年可能將會(huì)大規(guī)模應(yīng)用在科技領(lǐng)域?！睋?jù)了解，石墨烯薄膜材料已經(jīng)在醫(yī)療等領(lǐng)域也取得了突破，獲得了較好的評(píng)價(jià)。

      2、石墨烯粉體的應(yīng)用

      所謂的“石墨烯粉體”，實(shí)際上就是單層石墨烯和多層石墨烯的混合物粉體。其應(yīng)用領(lǐng)域也極為廣泛。

      A、把石墨烯粉體添加到電纜中，將極大地改善導(dǎo)體材料的性能，電纜的利潤(rùn)率也將會(huì)得到提升，市場(chǎng)前景非常大。

      B、石墨烯粉體替代氧化鋅的防腐涂料，一份石墨烯可以替代50份氧化鋅，這意味著如果未來(lái)用石墨烯替代氧化鋅，每噸防腐涂料就可以降低成本1000~2000元；一些塑料材料，因?yàn)樘砑恿耸┒邆淞藢?dǎo)熱功能。

      C、在鋰離子電池行業(yè)，磷酸鐵鋰作為動(dòng)力鋰離子電池最受關(guān)注的正極材料之一，一直存在導(dǎo)電性能偏弱問(wèn)題。使用普通石墨粉體對(duì)其進(jìn)行包覆改性，能夠在一定程度上提高磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性能，但是并未達(dá)到理想狀態(tài)。如果使用石墨烯粉體對(duì)磷酸鐵鋰進(jìn)行表面包覆改性，可以極大的提高磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性能，大幅降低電池內(nèi)阻，從而提高電池組的大電流工作能力。

      上述應(yīng)用僅僅是石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域的一部分，它的應(yīng)用前景非常的廣闊，這一點(diǎn)是得到國(guó)內(nèi)外科學(xué)界的公認(rèn)的。因此展開(kāi)積極的石墨烯生產(chǎn)制造及應(yīng)用研究是材料科學(xué)界具有戰(zhàn)略意義的課題，值得我們?nèi)ド疃汝P(guān)注。

(粉體圈 作者：敬之)