石墨烯—改变21世纪的神奇材料

石墨烯，是指由一个个碳原子组成且只有一个碳原子厚度的六边形平面炭晶体，碳原子外层轨道电子的不饱和性和原子簇独特平面结构为其在导电、导热、储能、传感和催化领域提供了无限的可能。2004年英国曼切斯顿大学的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授通过物理剥离法从石墨片中得到石墨烯，证实了石墨烯可以在自然环境中存在并具有特殊的优异性质，两人也因此发现获得了2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯是目前科学家发现的最薄、强度最大、导电性及导热性能最强的材料，无论是在高端领域还是在低端产品方面都可谓应用潜力巨大，被称为“21世纪的新材料之冠”，近十年来发展迅速。关于石墨烯的研究也相继得到了许多国家政府部门的高度重视和重点扶持。

石墨烯的传统制备方法多为物理气相沉积法和化学强酸剥离法，物理法成本高昂，产量偏低，难以达到市场需求。目前，石墨烯最为有效制备方法是化学改性Hummer法。美国莱斯大学纳米科技研究所利用浓硫酸、磷酸和高锰酸钾成功将石墨鳞片氧化得到氧化石墨烯，再经肼还原得到石墨烯，该法不仅不会产生有毒气体，还可大量生产，还具有较好的亲水性，为大量高效化学合成石墨烯提供了参考。

随着石墨烯的深入研究，其应用也越来越广泛，在高性能电子芯片、LED屏、柔性手机显示屏、高性能电池、超级电容器、防护涂料、污水处理、海水淡化、高强度橡胶、塑料、复合多功能材料、临床检测等进行了尝试。例如，柏林大学先进材料生物工程研究中心将石墨烯和橡皮泥混合，该复合材料对轻微变形异常灵敏，可以将其应用于医疗器械，检测呼吸频率和脉搏，诊断疾病。

我国石墨产量约占世界总产量的45%，居世界之首，加之我国一开始就重视对石墨烯的研发。目前，我国拥有全球超过1/3的石墨烯研发专利，在石墨烯制备、性能研发和应用方面走在了世界前列。中国石墨烯技术创新联盟在2016年全球石墨烯产业研究报告中表示，到2020年石墨烯应用将形成千亿级市场规模。

石墨烯智能手机的问世也为其在电子领域为普通民众打开了通道，石墨烯手机具有更好的触控性能、更长的待机时间和更优的导热性能。中国科学院重庆绿色智能技术研究院研究员史浩飞指出“石墨烯触摸屏透光率达97.7%，在阳光下手机屏幕不偏色，画面更加清晰，另外手机电池采用石墨烯技术后，充电速率提高40%，寿命延长50%，能量密度增加10%，增加了手机待机时间。值得一提的是，石墨烯导热膜具有更好的导热性能，可以快速有效防止手机发烫，从而解决手机卡顿。

虽然关于石墨烯的研究已历经多年，但因研发生产成本较高，现阶段的石墨烯产品大多处于低端应用领域，随着相关政策的支持，石墨烯产业化应用将从低端向高端转型，其对传统材料产业的升级换代、高端制造业的提升具有巨大的作用，相信在不久的未来石墨烯定会取代传统材料，成为21世纪最神奇替代材料。

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