什么是石墨烯_石墨烯是什么提煉的

　　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(jié)構(gòu)。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(fā)絲那么厚。它是2004年由曼徹斯特大學(xué)的科斯提亞諾沃謝夫和安德烈蓋姆小組首先發(fā)現(xiàn)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(jiān)硬；作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。

　　石墨烯在原子尺度上結(jié)構(gòu)非常特殊，必須用相對(duì)論量子物理學(xué)才能描繪。 石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)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(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)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(xué)家?guī)砹酥Z貝爾獎(jiǎng)，同時(shí)也在全球科學(xué)界掀起了石墨烯的研究熱潮?？蒲邪l(fā)現(xiàn)，石墨烯的這種單原子結(jié)構(gòu)，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(dá)300萬塊石墨烯。

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

　　第三，密閉性好。不透氣、也不透水，對(duì)強(qiáng)堿、強(qiáng)酸等腐蝕性溶液有很強(qiáng)的抵御能力；能有效抑制細(xì)菌的生長。

　　第四，強(qiáng)度高。石墨烯的強(qiáng)度是鉆石強(qiáng)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(dǎo)電性最好的材料，被稱為超強(qiáng)導(dǎo)體；它還是已知的最優(yōu)良的導(dǎo)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(chǎn)的方法為機(jī)械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法。石墨烯薄膜生產(chǎn)方法為化學(xué)氣相沉積法（CVD）。

　　一、石墨烯粉體生產(chǎn)方法

　　1、機(jī)械剝離法

　　機(jī)械剝離法是利用物體與石墨烯之間的摩擦和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(jié)構(gòu)

　　2、氧化還原法

　　氧化還原法是通過使用硫酸、硝酸等化學(xué)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(yīng)物進(jìn)行水洗，并對(duì)洗凈后的固體進(jìn)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(duì)氧化石墨粉體進(jìn)行剝離，制得氧化石墨烯。最后通過化學(xué)法將氧化石墨烯還原，得到石墨烯。這種方法操作簡單，產(chǎn)量高，但是產(chǎn)品質(zhì)量較低 。氧化還原法使用硫酸、硝酸等強(qiáng)酸，以及使用大量的水進(jìn)行清洗，帶大較大的環(huán)境污染。

　　3、SiC外延法

　　SiC外延法是通過在超高真空的高溫環(huán)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(gòu)，從而得到基于SiC襯底的石墨烯。這種方法可以獲得高質(zhì)量的石墨烯，但是這種方法對(duì)設(shè)備要求較高。

　　二、石墨烯薄膜生產(chǎn)方法

　　CVD是使用含碳有機(jī)氣體為原料進(jìn)行氣相沉積制得石墨烯薄膜的方法。這是目前生產(chǎn)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(zhì)量高的特點(diǎn)，但現(xiàn)階段成本較高，工藝條件還需進(jìn)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(dú)使用，必須附著在宏觀器件中才有使用價(jià)值，例如觸摸屏、加熱器件等。

　　石墨烯（Graphene）是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體。

　　在2015年石墨烯發(fā)現(xiàn)之前，石墨烯既是最薄的材料，也是最強(qiáng)韌的材料，斷裂強(qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍。同時(shí)它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強(qiáng)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(yīng)用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)。用石墨烯取代硅，計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會(huì)快數(shù)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(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。

　　作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”。