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材料在我們生活中無處不在隨著科技的迅猛發展材料產品日新月異蘊藏著巨大的潛力今天小料帶您去認識一種新材料——石墨

石墨是什麼？

石墨是碳元素的一種同素異形體，也是一類重要的無機非金屬材料，為黑灰色、有金屬光澤、質軟、有滑膩感，可分為天然石墨和人造石墨。

關於天然石墨

天然石墨作為一種礦物，通常分為鱗片狀石墨和隱晶質石墨，一般形成於高溫地質條件，廣泛分布於變質礦床,由富含有機質或碳質的沉積巖經區域變質作用形成，具有優良抗熱震性、化學穩定性、超高潤滑性、熱膨脹係數小、導熱係數大、耐高溫、良導電性。

天然石墨是一類重要的礦物材料，其廣泛應用於機械、冶金、石油化工、輕工、電子、電器、國防、軍工、航天等國民經濟各個領域, 被譽為「萬能」非金屬材料之一。

天然石墨提純第一步通常採用物理選礦方法中的浮選法，通過浮選工藝提純能夠得到固定碳含量在90%~98%之間的中高碳石墨。由於石墨礦種的部分雜質呈極細的粒狀侵染在石墨鱗片中，即使研磨再細也不能完全單體解離，想要除取這部分雜質得到更高純度的石墨，必須採用化學法或物理高溫法進行深度提純。

深度提純法主要有：

• 鹼酸法

• 氫氟酸法

• 氯化焙燒法

• 高溫提純法

石墨的應用

膨脹石墨

膨脹石墨是石墨層間化合物的一種衍生物，是選用優質天然鱗片石墨，經酸性氧化劑處理後的層間化合物，亦稱酸化石墨。膨脹石墨比表面積較大, 吸附力強, 具有耐高溫、耐高壓、密封性好、耐多種介質腐蝕等眾多優點，被廣泛應用於各種工業。

氟化石墨

氟化石墨是石墨的深加工產品之一，是當前最具經濟前景的新型石墨製品。氟化石墨是石墨碳與氟直接反應而製得的一類層間化合物，高氟化度石墨具有優良的熱穩定性, 是電和熱的絕緣體，不受強酸和強鹼的腐蝕。由於氟化石墨具有許多優異性能, 在軍事、航空、航天、冶金、機電、化工及特種材料領域具有廣泛應用前景。

球形石墨

以優質高碳天然鱗片石墨為原料、採用先進加工工藝對石墨表面進行改性處理，生產的不同細度，形似橢圓球形的石墨產品。球形石墨材料結晶度高，成本低，理論嵌鋰容量高。具有優良的導電性和化學穩定性，充放電容量高，循環壽命長，綠色環保。

人造金剛石

金剛石俗稱「金剛鑽」，也就是我們常說的鑽石，它是一種由純碳組成的礦物，也是自然界中最堅硬的物質。它硬度高、耐磨性好，可廣泛用於切削、磨削、鑽探；由於導熱率高、電絕緣性好，可作為半導體裝置的散熱板；它有優良的透光性和耐腐蝕性，在電子工業中也得到廣泛應用。

在石墨的應用中

我們要重磅介紹——石墨烯

關於石墨烯

石墨烯是一種由單層碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩狀碳材料，其結構穩定，是世界上最薄且最堅硬的材料。石墨烯有許多獨特的性質，具有零帶隙的半導體性質,具有超高的費米速度、載流子遷移率和高熱導率、良好的透光特性以及優異的力學性能。

石墨烯結構圖

石墨烯具有室溫量子霍爾效應、量子隧穿效應等電子傳導特性。因此，石墨烯在透明電極、電晶體、傳感器、能源存儲、高強度複合材料等方面存在廣泛的應用前景。

此外，它還具有良好的生物相容性, 尤其是氧化石墨烯在生物和醫學領域，如靶向藥物輸運、細胞成像、生物檢測、腫瘤治療等領域存在廣闊的應用前景。

石墨烯製備方法

#物理方法#

主要是以石墨或膨脹石墨為原料，通過各種剝離技術直接獲得單層或多層石墨烯片層，包括微機械剝離法、液相剝離法、氣相剝離法等，這類方法原料易得，操作簡單，能夠獲得合成量較大石墨烯產品, 但所製備的產品片層尺寸不易控制，且耗費時間、產率較低，從而限制了其量化生產。

#化學方法#

是目前石墨烯研究中廣泛採用的一類方法，主要包括氧化還原法、晶體外延生長法、化學氣相沉積法、電化學法等，這類方法基本都能實現大規模製備大尺寸石墨烯。

石墨烯的應用

#場效應電晶體#

石墨烯具有很高的載流子遷移率，良好的機械性能和化學穩定性，因此大量研究者投入到石墨烯場效應特性以及其在場效應電晶體中的應用研究。

#傳感器#

石墨烯呈二維層狀結構,具備大的比表面積，這一特點是製備傳感器的必要條件。石墨烯能吸附某些氣體分子或生物物質,當分子吸附在其表面時,分子和石墨烯之間存在電荷轉移，改變了石墨烯的電荷密度。石墨烯的電導率對周圍環境的變化非常敏感，這就促使了石墨烯成為化學、生物、醫療探測傳感器等倍受青睞的材料之一。

#化學電源#

由於石墨烯具備高導電性、大比表面積和其他特有的結構特性及理化性能，所以被嘗試應用於各種化學電源中。

#透明電極#

透明電極對各種光電子設備的操作至關重要，廣泛使用在高容量設備中。如顯示器、觸控螢幕、太陽能電池、節能發光器件等。

#催化劑、藥物載體#

大量研究表明,碳載體結構對催化劑的性能有著很大影響。石墨烯具有規整的二維表面結構, 可作為碳擔載催化劑的理想表面, 用於界面催化研究。由於石墨烯具有單原子層結構，其比表面積很大，且由於其良好的生物相容性，亦可以適合於藥物載體。

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