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1、石墨烯（人类目前最强的功能材料）是目前已知的最薄最轻的一种材料，单层的石墨烯只有一个碳原子的厚度（3.4人）。导电性极强：石墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速 的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。超高强度：石墨（由石墨烯一层一层摞起来的）是矿物质中最软的，但被分离成一个碳 原子厚度的石墨烯后，性能则发生突变，其硬度金刚石还高，却又拥有很好的韧性，且可 以弯曲。瑞典皇家科学院在颁布2010年诺贝尔物理学奖的时候曾这样比喻其强度：利用 单层石墨烯制作的吊床可以承载一直4Kg的兔子。这样可以估算，如果将多层石墨烯叠放 在一起，使其厚度与食物保鲜膜相同的话，便
2、可以承载一辆2吨重的汽车。超大比表面积：由于石墨烯的厚度只有一个碳原子厚，即3.4A，所以石墨烯拥有超大 的比表面积，理想的单层石墨烯的比表面积能够达到2630 m2/g,而普通的活性炭的比表 面积为1500 m2/g，超大的比表面积使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。1.石墨烯基处理器运行速度将达1000GHz多晶硅目前已经成为半导体产业的基础 原料，被大量应用于集成电路。随着制作工艺的不断提升，目前硅基芯片的运行速度已经 达到了 GHz的级别。随着技术的不断进步，对于计算机运行速度的要求也不断提高，目 前的硅基集成电路的发展受到了本身材料的限制，在室温下硅基处理器的运行速度达到 4-5GHz
3、后就很难在继续提高。石墨烯拥有比硅更高的载流子迁移率（即载流子在电场作用下运动速度快慢的量 度） ，是一种性能非常优异的半导体材料，电子在石墨烯中的运行速度能够达到光速的 1/300，要比在其他介质中的运行速度高很多，而且只会产生很少的热量。使用石墨烯作 为基质生产出的处理器能够达到1THz （即1000GHz）。石墨烯未来很可能成为硅的替代 者，成为半导体产业新的基础材料。 代替硅生产超级计算机。2.石墨烯提升锂离子电池性能锂离子电池已经成为当前用途最广泛、前景最广阔的电池能源，其结构由正极、负 极、隔膜和电解液组成。锂离子电池实际上是一种锂离子浓度差电池。充电时，锂离子从 正极脱出，经过电
4、解质嵌入到负极，锂离子从浓度高的正极迁移到浓度低的负极。电子由 外电路从正极供给负极，以确保电荷的平衡。放电时，锂离子从负极脱出，经过电解液嵌 入到正极， 锂离子从浓度高的负极迁移到浓度低的正极，电子由外电路从负极供给正极 以确保电荷的平衡，在放电的过程中，电子在经过外电路时会做功。锂离子电池负极材料经历了从焦炭类碳材料到石墨类碳材料的发展，电池的性能 得到了大幅的提升，石墨类碳材料目前已经成为最主流的负极材料。碳材料根据其结构 特点可以分为石墨化炭、无定形炭和石墨炭。石墨烯作为一种从石墨中分离出来的新型碳 质材料，加入到锂离子电池中能够大幅提高导电性。而且实验表明，将石墨烯应用于锂离子电池的
5、负极材料中，其比容量可以达到540mAh/g以上，而目前普通的人造石墨负极的 比容量只有370mAh/g，可见石墨烯作为负极材料能够大幅提高锂离子电池性能。石墨烯具有高导电性和良好的柔韧性，是柔性储能器件的理想候选材料之一。最近 金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室在前期制备出具有三维连通网络结构的石墨烯 泡沫的基础上，提出利用该材料作为高导电的柔性集流体，设计并制备出可快速充放电 的柔性锂离子电池。将三维连通的石墨烯网络作为集流体，取代电池中常用的金属集流体, 不仅可有效降低电极中非活性物质的比例，且三维石墨烯网络的高导电性和多孔结构为锂 离子和电子提供了快速扩散通道，从而可实现电极材料
6、的快速充放电性能。为了在不使用 粘结剂和导电添加剂的情况下实现活性物质和石墨烯集流体的良好接触以促进电子传输和 提高弯折时电极材料的稳定性，研究人员发展了原位水热合成方法在石墨烯三维连通网络 结构上直接生长活性物质，如磷酸铁锂和钛酸锂。将磷酸铁锂/石墨烯和钛酸锂/石墨烯复 合材料分别作为正负极，采用柔性硅胶为封装体，组装了具有很好柔性的锂离子全电池。 该柔性锂离子电池在弯曲时，其充放电特性保持不变，并可在6分钟内完成充电（达到初 始容量的90%）,在100次循环之后容量保持率在96%。这种可快速充电的柔性锂离子电 池的制备工艺简单，具有潜在的实际应用价值。eoElectro tyteAnode
7、CathodeCucollectorAf current collecto rGrephsrte Li- Solvent LiiMO layer超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，能够在几秒钟 内完成充电，其容量能够达到几百甚至上千法拉；具有容量大、功率高、使用寿命长等特点。在数码相机、掌上电脑、新能源汽车等领域都有着广泛的应用价值超级电容器不同于 电池，在充放电时不会发生化学反应，电能的存储或释放都是通过静电场建立的物理过程 完成的。超级电容器的结构和普通电容器类似，在两极板中间添加了一个隔膜，而且超级电 容器的电极材料选择的较为特殊。碳材料是最早也是应用最为广泛的电
8、极材料，目前使用 的碳材料主要是活性炭，这些碳材料的基元是石墨烯。由于超级电容器是通过导体表面来 存储电荷，所以适合电子聚集的有效表面积越大其容量就越大；而石墨烯具有超大的比表 面积，单层石墨烯的比表面积能都达到2630 m2/g，是极为理想的超级电容器储能材料。 实验表明使用石墨烯作为电极的超级电容器能够产生相同体积电容器 6倍以上的容量， 大大提高了超级电容器的性能。未来超级电容器的市场规模将保持快速增长，特别是在一些需要高功率、高效率的领 域，超级电容器已经开始替代传统电池。2010年全球超级电容的市场规模将达到 50亿 元，并保持着 20%的增长速率。而石墨烯作为电极制成的超级电容器将
9、在性能上有极大的 提高，未来随着超级电容器的逐步推广，石墨烯也将面临巨大的市场空间。石墨烯新应用：新型超级电容充电仅需200微秒美国科研人员制成了一种新型超级电容，只需不到1毫秒的时间即可完成充电，并 在交流电路的测试中获得了成功。相关论文发表在science。超级电容也称双电层电容器，是一种新型储能装置，能在几秒钟内完成充电，此外 还具有容量大、功率高、使用寿命长、经济环保等特点，。超级电容主要通过导体的表面来存储电荷，因此用于存储电荷的面积越大、分离出 的电荷越密集，其电容量越大。目前超级电容大多采用多孔化活性炭结构来扩大储能面积， 这种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离，使其与普通电
10、容相比储能容量更大，与 电池相比能量传递速度更快。但就某些设备而言，这区区几秒的充电时间仍然显得有些长。对超级电容的结构和电极进行了新的设计，使其充电的时间缩短到了200微秒（人类 每次眨眼的时间约为0.2秒0.4秒，即20万微秒40万微秒）。整体由一组与底座垂直 的石墨烯基片构成：石墨烯基片只有一个原子厚，由等离子体化学沉积而成；其基座由 10纳米厚的石墨制成。米勒形象地称其为“一组600纳米高的土豆片并排站在一起”。 实验显示，与原先的多孔化活性炭结构制成的超级电容相比，新电容效率更高，能在更短 的时间内完成充电。石墨烯可制成能够折叠的显示器目前的显示器和触摸屏等器件中的导体材料，主要是使
11、用的氧化铟锡IT0材料。 但由于IT0材料韧性相对较差，在折叠或是拉伸时可能会影响现象的效果。石墨烯由于 由于其特殊的分子结构而有非常高的导电性，而且石墨烯几乎完全透明；这两种性质使得 石墨烯本身就是一种性能非常好的透明导体材料，适合用于制作显示器件。石墨烯的另 一个特性是具有高韧性，能够拉伸 20%而不断裂。使用石墨烯作为导体材料，能够制成可 以折叠、伸缩的显示器件。目前触摸屏和液晶显示器主流的透明导体材料是ITO材料, 但相比IT0材料，石墨烯拥有更高的强度和更好的韧性，作为透明导体材料，能够制成 可以弯曲折叠的显示器件。其导电性能比铜还好几倍；坚硬比钢铁大10倍而且极轻，由此可见可用于飞
12、机制造 来减少重量与避弹衣制造。：太空电梯缆线、替代硅生产超级计算机、光子传感器、液晶显示材料、新一代太阳能电池等领域。IBM已经做出全球最快的石墨烯晶体管，处理速度可达100GHz中国科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长,而人类细胞却不会受损。利用这一点石墨烯可以用来做绷带，食品包装甚至抗菌T恤；用石墨烯做的光电化学电池可以取代基 于金属的有机发光二极管,因石墨烯还可以取代灯具的传统金属石墨电极,使之更易于回收。这种物质不仅可以用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣， 甚至能让科学家梦寐以求的2.3万英里长太空电梯成为现实。石墨烯尚未形成产业化，售 价非常的高，目前
13、国内的售价在 2000元/克以上，接近于黄金价格的十倍左右。机械剥离法把石墨薄片粘在胶带上，把有粘性的一面对折，再把胶带撕开，这样石墨薄片就被一 分为二。通过不断地重复这个过程，片状石墨 越来越薄，最终就可以得到一定数量 的石墨烯。 （从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开 胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了 仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯）外延生长法外延生长法是在高温和超高真空中使得单晶碳化硅（SiC）中的硅原子蒸发，剩下的 碳原子经过结构重排形成石墨烯单层或多层，从而得到石墨烯片。氧化石墨还原法氧化石墨还原法是将天然石墨与强酸和强氧化物质反应生成氧化石墨（GO），经过 超声分散制备成氧化石墨烯（单层氧化石墨） ，加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基 团，如羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯。化学气相沉积法化学气相沉积是目前应用最广泛的一种大规模工业化制备半导体薄膜材料的沉积技 术。其原理为将一种或多种气态物质导入到一个反应腔内发生化学反应，生成一种新的 材料沉积在衬底表面。具体方法是将含碳原子的气体有机物如甲烷（CH4）、乙炔（C2H2） 等在镍或铜等金属基体上高温分解，脱出氢原子的碳原子会沉积吸附在金属表面连续生长 成石墨烯。
