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石墨烯（Graphene）來(lái)自英文石墨的詞根graphit加上烯類的結(jié)尾-ene。

高中化學(xué)告訴我們，天然石墨是由一層層蜂窩狀平面碳原子堆疊而成的碳元素單質(zhì)。由于層間作用力很小，石墨很容易剝離成薄片，當(dāng)把石墨剝離到只有一個(gè)碳原子的厚度時(shí)就被稱為石墨烯。

圖1 石墨烯及相關(guān)材料微觀結(jié)構(gòu)圖（來(lái)源：中國(guó)知網(wǎng)）

石墨烯是目前已知最薄同時(shí)也最堅(jiān)硬的材料，厚度只有0.335納米，20萬(wàn)片石墨烯疊加起來(lái)也只有一根頭發(fā)的厚度。由于剝離到只有一個(gè)碳原子非常困難，因此業(yè)界普遍把由不多于10層碳片緊密堆積而成的結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為石墨烯。

長(zhǎng)期以來(lái)，石墨烯一直被認(rèn)為是一種假設(shè)結(jié)構(gòu)，無(wú)法單獨(dú)穩(wěn)定存在，直到2004年英國(guó)物理學(xué)家海姆和諾沃肖洛夫在實(shí)驗(yàn)中用“微機(jī)械剝離法”分離出石墨烯才最終證實(shí)了它的存在。

值得一提的是，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)雖然意義非凡，但所采用的方法卻極為簡(jiǎn)單。上述兩位科學(xué)家利用透明膠帶黏住石墨，把有黏性的一面對(duì)折然后再撕開(kāi)，這樣石墨薄片就被一分為二。不斷重復(fù)這個(gè)過(guò)程，石墨片就會(huì)變得越來(lái)越薄，直到得到只剩一層碳原子的二維晶體材料——石墨烯。而這目前仍是石墨烯制備的一種可選方法。

兩位科學(xué)家憑借以開(kāi)創(chuàng)性方法制備出了石墨烯而分享了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

由于在電、熱、光等領(lǐng)域的卓越性能，石墨烯也被工業(yè)界稱為“新材料之王”。

首先，導(dǎo)電性極佳。電子在石墨烯中運(yùn)動(dòng)速度極快，達(dá)到光速的1/300，遠(yuǎn)超過(guò)一般導(dǎo)體；同時(shí)它的電阻率只有10-6歐姆/公分，比銅和銀更低，是目前發(fā)現(xiàn)電阻率最小、導(dǎo)電性最佳的物質(zhì)。

其次，硬度極高。石墨烯比碳的另一種單質(zhì)金剛石還堅(jiān)硬，強(qiáng)度比鋼高100倍，是目前已知強(qiáng)度最高的物質(zhì)。用石墨烯制成的100納米的厚薄膜可以承受大約2噸重物體的壓力。

第三，透光性、導(dǎo)熱性以及韌性非常好。其透光率達(dá)到97.4%，幾乎完全透明；導(dǎo)熱系數(shù)比銅大10倍，比鋁大25倍；柔韌性比常用的材料氧化銦錫好，不易損毀。

第四，具有高傳導(dǎo)性、高比表面積。用于電極材料的石墨烯上特殊的中孔結(jié)構(gòu)可使電解液離子快速移動(dòng)至石墨烯表面，并利用比面積儲(chǔ)存電荷，大幅提升超級(jí)電容、鋰電池等新能源的性能和使用效率。

在下游應(yīng)用中，石墨烯原材料可以分為粉體和薄膜兩種形態(tài)。其中，石墨烯粉體可在鋰電池中作為正負(fù)極材料的導(dǎo)電添加劑，提高充放電速度、循環(huán)性能等；石墨烯作為超級(jí)電容的電極材料，可提升儲(chǔ)能活性和循環(huán)性能；應(yīng)用在特種涂料領(lǐng)域，石墨烯粉體可作為添加劑摻雜在防腐涂料、散熱涂層、導(dǎo)電涂層等材料中，改善涂料性能；石墨烯粉體還可作為能源化工領(lǐng)域的高效催化劑。

石墨烯薄膜可憑借其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，用于智能手機(jī)、平板電腦等電子設(shè)備的散熱層導(dǎo)熱膜上；利用石墨烯導(dǎo)電、透光以及高度柔的特性，可以制作柔性顯示屏、可穿戴設(shè)備；石墨烯巨大的比表面積以及優(yōu)異的電子傳輸性能，可廣泛應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域；此外，石墨烯對(duì)硅的替代有望帶來(lái)半導(dǎo)體領(lǐng)域的革命，成為下一代集成電路、超級(jí)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)材料。

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