石墨烯是什么

　　石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料，是碳的二維結構。這種石墨晶體薄膜的厚度只有0.335納米，把20萬片薄膜疊加到一起，也只有一根頭發絲那么厚。它是2004年由曼徹斯特大學的科斯提亞諾沃謝夫和安德烈蓋姆小組首先發現的。石墨烯的問世引起了全世界的研究熱潮。它不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅硬；作為單質，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導體都快。

　　石墨烯在原子尺度上結構非常特殊，必須用相對論量子物理學才能描繪。 石墨烯結構非常穩定，迄今為止，研究者仍未發現石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當施加外部機械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應外力，也就保持了結構穩定。 這種穩定的晶格結構使碳原子具有優秀的導電性。石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發生散射。由于原子間作用力十分強，在常溫下，即使周圍碳原子發生擠撞。

　　石墨氈石墨烯中電子受到的干擾也非常小。

　　石墨烯的特性

　　就是這樣用膠帶“撕”出來的石墨烯，給這兩位英國科學家帶來了諾貝爾獎，同時也在全球科學界掀起了石墨烯的研究熱潮。科研發現，石墨烯的這種單原子結構，使其具備了許多非同一般的神奇特性。

　　首先，非常薄。石墨烯是目前已知最薄的納米材料。有多薄？1毫米厚的的石墨薄片，能剝離出多達300萬塊石墨烯。

　　其次，透明度高，光敏感性好。石墨烯對紅外光、可見光、紫外光的透光率均達97.7%；其透光性在較寬的波長范圍內都很好，被其吸收的光還能迅速轉化為其他波長的光。

　　第三，密閉性好。不透氣、也不透水，對強堿、強酸等腐蝕性溶液有很強的抵御能力；能有效抑制細菌的生長。

　　第四，強度高。石墨烯的強度是鉆石強度的2倍、鋼材的200倍，是已知硬度最高的材料。有人這樣打比方：將與食品保鮮膜薄厚一樣的石墨烯制品蓋在一只杯子上，想用鉛筆頭戳破它，得一頭大象站在鉛筆上才行。

　　第五，韌性非常好。石墨烯是已知的最柔韌的材料，且抗壓力非常高。普通的石墨烯包裝袋可提起一輛2噸重的汽車。

　　第六，電阻率低，是已知的導電性最好的材料，被稱為超強導體；它還是已知的最優良的導熱體。此外，石墨烯的敏感性高，即使是微小的氣體分子吸附或釋放，都可以通過石墨烯上微小的電阻變化來檢測到。

　　石墨烯是什么提煉的

　　石墨烯分為石墨烯粉體和石墨烯薄膜兩大類。常見的石墨粉體生產的方法為機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法。石墨烯薄膜生產方法為化學氣相沉積法（CVD）。

　　一、石墨烯粉體生產方法

　　1、機械剝離法

　　機械剝離法是利用物體與石墨烯之間的摩擦和相對運動，得到石墨烯薄層材料的方法。這種方法操作簡單，得到的石墨烯通常保持著完整的晶體結構

　　2、氧化還原法

　　氧化還原法是通過使用硫酸、硝酸等化學試劑及高猛酸鉀、雙氧水等氧化劑將天然石墨氧化，增大石墨層之間的間距，在石墨層與層之間插入氧化物，制得氧化石墨。然后將反應物進行水洗，并對洗凈后的固體進行低溫干燥，制得氧化石墨。通過物理剝離、高溫膨脹等方法對氧化石墨粉體進行剝離，制得氧化石墨烯。最后通過化學法將氧化石墨烯還原，得到石墨烯。這種方法操作簡單，產量高，但是產品質量較低 。氧化還原法使用硫酸、硝酸等強酸，以及使用大量的水進行清洗，帶大較大的環境污染。

　　3、SiC外延法

　　SiC外延法是通過在超高真空的高溫環境下，使硅原子升華脫離材料，剩下的C原子通過自組形式重構，從而得到基于SiC襯底的石墨烯。這種方法可以獲得高質量的石墨烯，但是這種方法對設備要求較高。

　　二、石墨烯薄膜生產方法

　　CVD是使用含碳有機氣體為原料進行氣相沉積制得石墨烯薄膜的方法。這是目前生產石墨烯薄膜最有效的方法。這種方法制備的石墨烯具有面積大和質量高的特點，但現階段成本較高，工藝條件還需進一步完善。由于石墨烯薄膜的厚度很薄，因此大面積的石墨烯薄膜無法單獨使用，必須附著在宏觀器件中才有使用價值，例如觸摸屏、加熱器件等。

　　石墨烯（Graphene）是由碳原子構成的只有一層原子厚度的二維晶體。

　　在2015年石墨烯發現之前，石墨烯既是最薄的材料，也是最強韌的材料，斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強度最高的材料，如果用一塊面積1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的貓。

　　石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數百倍。

　　另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體原子（氫原子）也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板。

　　作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”。