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石墨烯概述

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜,是一种只有一个原子层厚度的准二维材料,所以又叫做单原子层石墨。它的厚度大约为0.335nm,根据制备方式的不同而存在不同的起伏,通常在垂直方向的高度大约1nm左右,水平方向宽度大约10nm到25nm,是除金刚石以外所有碳晶体(零维富勒烯,一维碳纳米管,三维体向石墨)的基本结构单元。

很早之前就有物理学家在理论上预言,准二维晶体本身热力学性质不稳定,在室温环境下会迅速分解或者蜷曲,所以其不能单独存在。直到2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,证实它可以单独存在,对于石墨烯的研究才开始活跃起来,两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

由于石墨烯的性能优良、功能众多而被广泛应用到锂电子电池、超级电容、导电油墨、触摸屏、软性电子、散热、涂料、传感器等领域,此外,在高频电子、环保、光电、聚合物、海水淡化、太阳能电池、燃料电池、催化剂、建筑材料等领域,也能发现石墨烯的身影。有专家预计,未来几年内,石墨烯将主要用于“导电油墨”、“防腐涂料”、“散热材料”、“锂电池”、“超级电容”等五大领域。

另外,石墨烯几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常致密,即使是最小的气体分子(氦气)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料,如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。

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”,极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

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