石墨烯是什么？石墨烯粉体有什么作用和特点？

发布日期：

2022-01-14

石墨烯是一种二维晶体，从石墨材料中剥离出来，由碳原子组成的原子厚度只有一层。石墨烯在狭义上是指单个石墨，厚度为0.335nm，只有一层碳原子。但是实际上，10层以内的石墨结构也叫石墨烯，10层以上叫石墨膜。单层石墨烯是指只有一个碳原子层厚度的石墨，碳原子之间通过共价键连接在一起，形成蜂窝结构。好的石墨烯粉体具有理想的二维晶体结构，由六边形晶格组成。

石墨烯粉体

　　石墨烯粉体以其特殊的结构具有优异的性能，引起了科学界的较大关注，成为材料科学研究热点。

　　(1)机械性质。是目前已知的世界上至薄的材料(0.34nm)，也是历史上至结实的材料，强度达到130GPa，比世界上至好的钢材高出约100倍以上，杨氏模量达到1.054-1.060TPa。它具有好的灵活性，可拉伸到自身尺寸的120%，用石墨烯制作包装袋，质量非常轻，但能承受约2t的东西。硬度比莫尔斯硬度10级钻石高，但韧性(弯曲可能性)好，迄今为止很少有材料能同时具有这两种性质。

　　(2)石墨烯粉体电磁性能。电子在石墨烯粉体上传输的阻力很小，在亚微米距离移动时没有散射，具有很好的电子传输性质，电子的运动速度达到光速的1/300，远远超过一般导体上电子的运动速度。近期的研究表明，载流子迁移率比商用硅高10倍(15000CM2 V-1 S-1)，是目前移动率至高的铟溴材料的2倍，因此预测它将成为硅的替代品，改变人类的生活。此外，石墨烯粉体还具有室温量子霍尔效应和室温铁磁性等特殊性质。

　　(3)石墨烯粉体散热性能。导热性能很强，单层石热导率达到5000 W/m K，室温下是纯钻石的3倍，金属铜的12倍。

　　(4)还具有97.4%的光透射率，其理论比表面积高2630平方米G-1。

　　由于石墨烯粉体的快速导热和快速导热特性，它已成为传统石墨导热膜的理想替代品，广泛应用于智能手机、平板电脑、大功率节能LED照明、超薄液晶电视等散热领域。除了高导热外，还具有其他优良的理化特性，在下游有广泛的应用。例如，导电率高，可应用于集成电路、导电剂、传感器、锂等领域。比功率高，可用作电容器和储能元件。柔性、弯曲不影响性能，可作为柔性材料用于曲面屏和可穿戴设备。具有高透光率，可用于透明导电薄膜。

　　石墨烯产品形态包括薄膜和粉末两种，石墨烯粉末的应用领域有：(1)锂电池阳极材料的导电添加剂，可以提高充电放电速度和循环性能。(2)超容量电极材料，储能活性强，循环性能好。(3)用特性涂料作为添加剂，在防腐涂层、热涂层和导电涂层中提高涂层性能。(4)能源和化学领域使用的有效催化剂。

　　石墨烯薄膜应用于：(1)热导膜、智能手机、平板电脑等热层。(2)用于柔性显示和可穿戴设备等领域的柔性显示(3)用于可穿戴设备、医疗和环境监测领域的传感器材料(4)用于计算机、高频芯片、电子部件等的集成电路基本材料。

　　石墨烯的相关研究从1994年开始，2004年英国科学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖罗夫成功分离石墨烯，获得了2010年诺贝尔物理学奖。近年来，它研究不断升温，专利数量不断增加，产业化进程也不断推进。石墨烯的上游包括石墨等资源、设备、系统等，下游应用领域包括导热、导电、柔性显示、油墨油漆等，中游有石墨烯粉末和石墨烯薄膜两种产品形态。

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