一、石墨烯材料簡介

       現在全世界對石墨烯也沒有一個明確的定義。2004 年英國曼徹斯特大學科學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫發現單層石墨烯(graphene)。兩人因在石墨烯材料方面的卓越研究工作被授予2010年諾貝爾物理學獎。所以最初的石墨烯僅指一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，是只有一個碳原子厚度的二維材料。然而后續研究表明，從電學性質上講，兩層與三層、乃至十層的碳原子也具有各自特殊物理性質，目前厚度在10層碳原子層以內的片狀石墨材料定義為石墨烯這一說法逐漸被學術界認可。最近成立的中國石墨烯聯盟標準化委員會認定，厚度在10層以內的碳原子材料才屬于石墨烯范圍。

      石墨烯就是一種神奇的材料，只要添加一點進入其它材料就有可能產生神奇的效果，不愧為材料界的“超級材料”。石墨烯不僅“最薄、最強”，作為熱導體，它比目前任何其它材料的導熱效果都好。利用石墨烯，科學家能夠研發一系列具有特殊性能的新材料。因為它的電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發展出更薄、導電速度更快的芯片，取代硅材料。由于石墨烯實質上是一種透明、良好的導體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板，甚至是太陽能電池。超級電容和芯片，是全世界研究石墨烯的重點領域，也是未來石墨烯革命的決勝點。石墨烯的應用必然是一個由低端向高端延伸的過程。利用石墨烯的導電導熱性的低端應用這兩三年內將會崛起，而應用于光電轉換的電池以及代替硅材料的芯片領域，仍需要較長的時間?！?/p>

       二、石墨烯制造

      石墨烯的實用化產品分為兩類：石墨烯薄膜和石墨烯粉體。實驗室制備石墨烯的方法很多（參考下圖）。但是批量生產石墨烯的方式目前主要是兩種：一種是利用化學氣相沉積在金屬表面生長出單層率很高，面積很大的石墨烯薄膜材料；一種是將天然石墨通過物理或者化學的方法粉碎，形成石墨烯粉體。石墨烯粉體看起來就是很細的黑色粉末。國內石墨烯粉體和石墨烯薄膜已具備批量化生產能力，預計一系列石墨烯的產業化應用即將大規模鋪開。作為科技含量很高的材料，石墨烯粉體的生產過程中，研發、技術和設備都很重要，生產中的人力成本非常小。年產能50噸石墨烯粉體的企業，生產過程中只需要幾個工人而已。

      三、石墨烯應用領域

      1、石墨烯薄膜的應用

      手機觸摸屏打響石墨烯薄膜應用第一槍。石墨烯薄膜在2014年的亮點就是在觸摸屏領域，2015年在柔性顯示、可穿戴電子將有所突破。據統計，移動設備觸屏產量在2015年可能將達到3600萬平方米。這在一定程度上也展現了石墨烯ITO薄膜的市場空間。2016年國內國外的企業可能會在柔性太陽能電池方面有所突破，2017年可能將會大規模應用在科技領域?！睋私?，石墨烯薄膜材料已經在醫療等領域也取得了突破，獲得了較好的評價。

      2、石墨烯粉體的應用

      所謂的“石墨烯粉體”，實際上就是單層石墨烯和多層石墨烯的混合物粉體。其應用領域也極為廣泛。

      A、把石墨烯粉體添加到電纜中，將極大地改善導體材料的性能，電纜的利潤率也將會得到提升，市場前景非常大。

      B、石墨烯粉體替代氧化鋅的防腐涂料，一份石墨烯可以替代50份氧化鋅，這意味著如果未來用石墨烯替代氧化鋅，每噸防腐涂料就可以降低成本1000~2000元；一些塑料材料，因為添加了石墨烯而具備了導熱功能。

      C、在鋰離子電池行業，磷酸鐵鋰作為動力鋰離子電池最受關注的正極材料之一，一直存在導電性能偏弱問題。使用普通石墨粉體對其進行包覆改性，能夠在一定程度上提高磷酸鐵鋰的導電性能，但是并未達到理想狀態。如果使用石墨烯粉體對磷酸鐵鋰進行表面包覆改性，可以極大的提高磷酸鐵鋰的導電性能，大幅降低電池內阻，從而提高電池組的大電流工作能力。

      上述應用僅僅是石墨烯應用領域的一部分，它的應用前景非常的廣闊，這一點是得到國內外科學界的公認的。因此展開積極的石墨烯生產制造及應用研究是材料科學界具有戰略意義的課題，值得我們去深度關注。

(粉體圈 作者：敬之)