石墨烯是什麼材料_2017石墨烯多少錢一克

2020-12-20 電子發燒友

　　石墨烯簡介

　　石墨烯，是由單層碳原子經電子軌道雜化後形成的蜂巢狀二維晶體，厚度僅為0.335nm。在 2004 年被從石墨中剝離而發現，獲諾貝爾獎。又稱為單層石墨，是碳納米管、富勒烯的同素異形體，優異的碳納米材料。

　　根據中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟標準，單層石墨烯指由一層碳原子構成的二維碳材料。石墨烯是由不多於 10 層的單層石墨烯周期性緊密堆積構成。石墨烯材料泛指與石墨烯相關的、不多於 10 個碳原子層的二維碳材料。

　　石墨烯是從石墨材料中剝離出來的二維碳材料，按照碳原子層數可分為單層石墨烯、多層石墨烯及石墨烯微片。其中單層石墨烯是指碳原子僅僅在二維平面以六角蜂巢結構排列構成的嚴格單層碳材料，是一種沒有能隙具有線性能量分布的半導體，由於電子可以在晶體中自由移動而賦予單層石墨烯非常好的導電性。

　　石墨烯是至今發現的厚度最薄和的強度最高的材料。薄是因為石墨烯是由碳原子構成的二維晶體，厚度只有一個原子。雖然薄到極致卻非常緻密，即使原子尺寸最小的氦也無法穿透它。

　　令人驚訝的是，提取這種神奇的物質並不困難。這兩位科學家最初是用透明膠帶從石墨晶體上「粘」出一片石墨烯的（再這之前磚家們都認為這東西只是理論上的物質，而且不可能穩定存在）。

　　當然科學界都在關注石墨烯的研究進展。可以想像這種神奇的材料一旦投入實際應用將會給人類社會帶來多少革命性的變化

　

　　在力學方面，石墨烯是人類已知最強最高的物質，其楊氏模量達1Tpa，與單壁碳納米管相當。強度約為180GPa，是普通鋼材的100倍。此外，石墨烯還具有良好的韌性，單位面積石墨烯片可承受4kg重量，可見其韌性相當於碳纖維的20倍;在熱學方面，石墨烯自身的導熱係數達到5300W/mK，是室溫下最好的導熱材料，導熱性能是碳納米管的1.51倍，是銅的13倍;在電學方面，石墨烯是室溫下最好的導電材料，由於其特殊的能帶結構使常溫下電子運動幹擾小，傳輸質量大幅提高。石墨烯的電學性能突出表現在高載流子遷移率及高電流密度，其載流子遷移率達15000cm2/Vs，相當於商用矽片的10倍。電流密度耐性為2億A/cm2，相當於銅的100倍。

　　石墨烯產業困頓：1克石墨烯比黃金貴

　　曲屏手機、可發熱的壁畫、可調節溫度的外衣、自動保溫的飯盒……在四川省石墨烯產業項目對接會上看到了市場上最新的石墨烯產品。

　

　　然而這些產品似乎還遠遠沒有滿足大眾與市場的期望。「背靠十幾個數十萬億級的市場」，恆力盛泰石墨烯科技有限公司總裁厲楠在會議演講中這樣形容石墨烯產業。

　　自從2010年被成功從石墨中分離出來後，石墨烯以其良好的強度、柔韌、導電、導熱及光學特性引發了人們無窮的想像。然而從實驗室到市場化，石墨烯產業還面臨不少挑戰，有業內人士認為石墨烯產業已進入了困頓期。

　　「石墨烯一克比黃金貴。」重慶墨希科技有限公司一位參展工作人員對記者表示。多家參展商也表示石墨烯粉體1克價格在300元以上。來源於碳原子的石墨烯儲量十分豐富，為何會比黃金貴？「製備方法與量產是目前石墨烯產業的一大瓶頸。」北京墨希控股集團公司總裁王仲勳對記者表示。

　　據了解，目前石墨烯製備主要有四大主流方法，包括微機械剝離法、外延生長法、化學氣相沉澱CVD法與氧化石墨還原法。「以CVD法為例，通過甲烷在銅表面反應冷卻形成單層石墨烯，再將石墨烯轉移。轉移的過程就相當麻煩，而且這個設備比較貴，好一點的上千萬元。」德陽烯碳科技一位工作人員表示。

　　貴的另一大原因是應用終端並未真正實現市場化。雖然大多數參展企業表示目前已經能夠實現量產，達到年產量100噸，甚至300噸。「但真正的市場需求量仍然很小。」王仲勳對記者表示。據他介紹，在科研方面中國與世界幾乎同步，但在應用端領域卻缺乏有效產品將市場調動起來。

　　

　　圖為石墨烯電熱地磚

　　我們生產出來了，轉過頭卻發現沒有人買，於是又被迫轉向下遊，生產應用終端，比如可穿戴設備、手機等等。石墨烯行業是一座圍城，對資金的需求量相當大。」王仲勳在演講中表示。

　　為解決科研領域與實際市場應用端的脫節，29日在四川石墨烯產業合作項目對接會上，烯旺新材料科技股份有限公司出資，成立成都石墨烯產業應用技術研究院，對石墨烯應用與產業化提供公共研發孵化平臺。

　　同時，「石墨烯+具體產業」也成為發展的另一方向。以恆力盛泰為例，厲楠對記者表示恆力盛泰已研發出一款石墨烯新能源超級跑車。據他介紹，這輛跑車由石墨烯超級電容輔助，車身較普通新能源汽車減輕一倍，車身硬度是鋼板的200倍，續航能力提升2至3倍，充電只需5至10分鐘，通過石墨烯還改造了車燈、輪胎、天窗、引擎蓋等近十項技術。「這款汽車英國威廉王子試駕過，下個月樣車會運來中國，第一站到廈門。」厲楠表示。

　　對於此前有公司表示「充電五分鐘，駕駛1000公裡」的傳聞，厲楠稱目前還沒達到這樣的水平，「但充電時間能夠控制在20分鐘左右了，相信5分鐘也很快能夠達到。」

　　全球合作或許是石墨烯產業發展的重要路徑。據厲楠介紹，參與超級跑車生產的廠商包括加州鋰電、Novois、GT&T、Ways等近十家不同國家的研發與生產企業。

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