什么原材料可以生产石墨烯?
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发布时间：2022-04-24 14:11
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时间：2023-10-15 19:57
（1）原材料：实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。
（2）应用领域：
在塑料里掺入百分之一的石墨烯，就能使塑料具备良好的导电性；加入千分之一的石墨烯，能使塑料的抗热性能提高30摄氏度。在此基础上可以研制出薄、轻、拉伸性好和超强韧新型材料，用于制造汽车、飞机和卫星。
随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破，石墨烯的产业化应用步伐正在加快，基于已有的研究成果，最先实现商业化应用的领域可能会是移动设备、航空航天、新能源电池领域。
消费电子展上可弯曲屏幕备受瞩目，成为未来移动设备显示屏的发展趋势。
另一方面，新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域。
由于高导电性、高强度、超轻薄等特性，石墨烯在航天军工领域的应用优势也是极为突出的。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用。
1、电子运输：
在发现石墨烯以前，大多数（如果不是所有的话）物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以，它的发现立即震撼了凝聚态物理界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯在实验中被制备出来。这些可能归结于石墨烯在纳米级别上的微观扭曲。
2、导电性：
石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。
3、导热性：
石墨烯具有极高导热系数， 近年来被提倡用于散热等方面， 在散热片中嵌入石墨烯或数层石墨烯可使得其局部热点温度大幅下降。美国加州大学一项研究显示 ， 石墨烯的导热性能优于碳纳米管。中国科学院山西煤炭化学研究所高导热石墨烯/炭纤维柔性复合薄膜，其厚度在10~200 μm之间可控，室温面向热导率高达977 W/m•K，拉伸强度超过15 MPa。
普通碳纳米管的导热系数可达3000W/mK以上， 各种金属中导热系数相对较高的有银、铜、金、铝， 而单层石墨烯的导热系数可达5300W/mK， 甚至有研究表明其导热系数高达6600W/mK。
优异的导热性能使得石墨烯有望作为未来超大规模纳米集成电路的散热材料 。与纯石墨烯相比， 还原剥离氧化石墨得到热导率相对较低(0.14 ～ 2.87 W/mK)的石墨烯(RGOx)。其导热系数与氧化石墨被氧化程度密切相关， 原因是RGOx薄片即使经过热还原处理后仍然具有氧化性。导热率可能与其中残余的化学官能团、破坏的碳六元环等缺陷有关化学结构被氧化导致晶格缺陷的产生， 阻止了热传导作用。
4、机械特性
石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。哥伦比亚大学的物理学家对石墨烯的机械特性进行了全面的研究。在试验过程中，他们选取了一些直径在10—20微米的石墨烯微粒作为研究对象。研究人员先是将这些石墨烯样品放在了一个表面被钻有小孔的晶体薄板上，这些孔的直径在1—1.5微米之间。之后，他们用金刚石制成的探针对这些放置在小孔上的石墨烯施加压力，以测试它们的承受能力。
5、化学性质：
我们至今关于石墨烯化学知道的是：类似石墨表面，石墨烯可以吸附和脱附各种原子和分子。从表面化学的角度来看，石墨烯的性质类似于石墨，可利用石墨来推测石墨烯的性质。石墨烯化学可能有许多潜在的应用，然而要石墨烯的化学性质得到广泛关注有一个不得不克服的障碍，缺乏适用于传统化学方法的样品。
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时间：2023-10-15 19:58
石墨烯是2004年出现在实验室中。当时，英国的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃塞洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。
一、制备方法
石墨烯的合成方法主要有两种：机械方法和化学方法。机械方法包括微机械分离法、取向附生法和加热SiC的方法 ； 化学方法是化学还原法与化学解理法。
微机械分离法
最普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。2004年Novoselovt等用这种方法制备出了单层石墨烯，并可以在外界环境下稳定存在。典型制备方法是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。 但缺点是此法是利用摩擦石墨表面获得的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用的石墨薄片样本。
取向附生法—晶膜生长
取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在 1 1 5 0 ℃下渗入钌，然后冷却，冷却到850℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的单层的碳原子“ 孤岛” 布满了整个基质表面，最终它们可长成完整的一层石 墨烯。第一层覆盖 8 0 ％后，第二层开始生长。底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，而第二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合，得到的单层石墨烯薄片表现令人满意。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影 响碳层的特性。另外Peter W.Sutter 等使用的基质是稀有金属钌。
加热 SiC法
该法是通过加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶(0001) 面上分解出石墨烯片层。具体过程是：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品在高真空下通过电子轰击加热，除去氧化物。用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后，将样品加热使之温度升高至1250~1450℃后恒温1min~20min，从而形成极薄的石墨层，经过几年的探索，Berger等人已经能可控地制备出单层或是多层石墨烯。其厚度由加热温度决定，制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。 一条以商品化碳化硅颗粒为原料，通过高温裂解规模制备高品质无支持（Free standing）石墨烯材料的新途径。通过对原料碳化硅粒子、裂解温度、速率以及气氛的控制，可以实现对石墨烯结构和尺寸的*。这是一种非常新颖、对实现石墨烯的实际应用非常重要的制备方法。
化学还原法
化学还原法是将氧化石墨与水以1 mg/mL的 比例混合， 用超声波振荡至溶液清晰无颗粒状物质，加入适量肼在1 0 0℃回流2 4 h ，产生黑色颗粒状沉淀，过滤、烘干即得石墨烯。Sasha Stankovich 等利用化学分散法制得厚度为1 nm左右的石墨烯。
化学解理法
化学解理法是将氧化石墨通过热还原的方法制备石墨烯的方法，氧化石墨层间的含氧官能团在一定温度下发生反应，迅速放出气体，使得氧化石墨层被还原的同时解理开，得到石墨烯。这是一种重要的制备石墨烯的方法，天津大学杨全红等用低温化学解理氧化石墨的方法制备了高质量的石墨烯。
二、石墨烯具有强度高、重量轻、导电和抗腐蚀性的特点。
石墨烯的片层非常薄，只有一个原子的厚度。
石墨烯是一种顶级新材料。它由仅仅一个原子厚度的呈六边形排列的碳原子组成，它也是目前发现的最薄的电子材料。石墨烯的质量非常小，一个立方米的重量仅仅有0.77克。
尽管石墨烯轻如鸿毛，其强度却是同等厚度钢的100倍。它的导热性和导电性均比铜好，并且具有优良的光学和机械性能。如果能够规模化生产，石墨烯将给电子和防弹衣领域带来*性的进步。最近，欧盟向芬兰诺基亚公司拨款13亿美元，用于石墨烯的商业化。石墨烯将给以下十个领域带来巨变——有些比你想象的还要快。
1.防锈
石墨烯不溶于水，可以与聚合物混合作为防锈涂层
石墨烯不溶于水并且具有高导电性，与钢组合可以防止接触水并减缓氧化铁的电化学反应。纽约州立大学布法罗分校的化学家设计了含有这种奇特碳形态的聚合物涂层，他们在钢上喷涂涂层,，然后将涂层浸泡入盐水中，看看它能否保持不生锈。一个月后，化学家们惊奇地发现，钢表面没有一丝锈迹出现。通过使用这种涂料，可以使汽车一辈子不生锈。
2.扬声器
石墨烯通过传输电流产生的热能而发声。
德克萨斯大学的研究人员将一层小于一纳米厚的石墨烯放在玻璃和两种不同类型的塑料上。接下来，通过施加交流电，这些材料就可以产生声音。石墨烯扬声器很薄，他们通过电流产生的热能而发声，而不是通过隔膜振动，因此可以做成任何形状。
3. 超级电容
配备石墨烯超级电容的电脑芯片有望淘汰电池。
电容依靠双电层储存电能，并且迅速放电；它在电子产品中非常常见，并用于为相机闪光灯提供能量。电容可以存储大量的电能，使用多层碳原子的超级电容则可以存储更多的电能，但是单位质量的电容无法储存过多的能量，这也是电子产品需要配备电池的原因。
石墨烯有望改变这一现状。它可以通过激光蚀刻创造更大的表面积，使石墨烯电容可以储存更多的能量，并支持更多的充放电次数。将来，石墨烯超级电容可以为电子产品甚至电动汽车提供电力。
4. 清理放射性废弃物
石墨烯的氧化物微粒同放射性污染物结合可以使核废料清除变得安全、便宜。
氧化石墨烯吸附放射性废料的能力非常强大，莱斯大学和罗蒙诺索夫莫斯科国立大学的研究人员发现，石墨烯氧化物微粒可以结合放射性污染物，并且聚集成团，非常便于后期收集。
5. 柔性电子线路
第一个石墨烯集成电路由IBM研发人员成功研制。
硅半导体芯片赋予计算机智能。它可以处理构成数字信息的基本单元的二进制代码为1s和0s。石墨烯比硅具有更好的导电性，它使用更少的电力，产生更少的热量，因此石墨烯在处理这些1s和0s极有可能比硅快得多。这意味着在不需要冷却风扇的条件下，笔记本电脑的运算速度可以提高50倍。过去两年，IBM等巨头开发了无线设备的石墨烯处理器，一个名叫数字核心设计的波兰公司，于今年4月宣布制造了一个可以在平板电脑上工作的处理器。随着制造工艺的改进，消费者有望在未来五年使用到第一批石墨烯处理器。
6. 人工肌肉
一层固定在聚合物上的石墨烯在有电流通过时会产生褶皱和伸展。
石墨烯可以像纸张一样褶皱，但很难被抚平。杜克大学的科学家不久前将石墨烯固定在一个预拉伸的橡胶薄片上，当拉力撤销薄片松弛时，石墨烯依然贴合在橡胶薄片上，呈褶皱状。这个实验结果使得科学家们想到把石墨烯贴在聚合物上，当聚合物通入电流时，会发生伸缩现象，而这正是构*造肌肉的关键部件。
7. 探测爆炸物
石墨烯泡沫可探测低浓度爆炸物。
石墨烯泡沫可探测到爆炸物中低浓度的*盐和氨。伦斯勒理工学院开发的一张邮票大小的传感器，有一天可能成为拆弹对携带的工具包中的标配。
8. DNA 测序
石墨烯制成的泡沫过滤器可以用于DNA测序
通过控制石墨烯孔隙的大小，它有望成为一种筛选DNA尺寸的过滤器，该功能可以让研究人员用比现有技术（人均约1000美元）更低的成本测序DNA。目前，测序一个人基因组的成本大概是上述价格三到五倍，总部位于旧金山的Life Technologies公司，去年推出了一台机器从事这份工作。不幸的是，机器本身价格高达149000美元。
9. 防弹背心
石墨烯和碳纳米管复合纤维比通常用于制备防弹背心的凯夫拉纤维具有更高的强度
澳大利亚研究人员发现了一种制备比凯夫拉纤维更强的石墨烯复合纤维的方法。添加等量的石墨烯和碳纳米管制备超强纤维可用来制造防弹衣织物，这种纤维同样可用来强化其他材料。
10. 夜视
利用单层石墨烯作为底片，并在底片上添加硫化铅晶体，即可制成一个兼具高灵敏性和高柔韧性的夜视光电探测器。
光电探测器是一种可以把光子转换成电子信号的电脑芯片，每一个数码相机都有一个由硅制成的光电探测器。Frank Koppens和他在巴塞罗那光子科学研究所的同事们通过掺杂一层硫化铅的石墨烯制作了一个超灵敏和灵活的光电探测器，这种技术可以制造更薄的相机和更轻的夜视镜。
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时间：2023-10-15 19:58
山东济南的圣泉集团。和国内知名院校合作，历时7年时间，首创从玉米芯纤维素制备出生物质石墨烯，并且建成投产全球首家生物质石墨烯工业化生产线。已经取得国家专利，并且在国际居先进水平，属国际首创。
生物质石墨烯是以天然绿色植物秸秆为原料，采用自主专利技术—基于基团配位析碳原理的热裂解法（国家发明专利号：ZL 2015 1 0819312.X）制备而成，具有明显的远红外、抗菌抑菌等特性。此方法已被中国石墨烯产业技术创新战略联盟发布的石墨烯联盟标准“石墨烯材料的术语、定义及代号”中国石墨烯常见制备方法4.4中收录。
