在日前举行的第二十五届中国国际高新手艺效果生意会上 ，全球首个工业化应用的二维石墨烯质料亮相。石墨烯被以为是“会改变天下的质料”。它是现在天下上已知最薄、最坚硬、导电性和导热性最好的质料。
关于石墨烯质料来说 ，2010年是一个主要的年份。这一年 ，诺贝尔物理学奖授予了物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫 ，表扬他们“有关二维质料石墨烯的开创性实验” ，石墨烯质料也因此进入公众视野。这种既透明轻薄同时又具有超强韧度的二维质料 ，已经成为当下质料科学领域的“明星”。
石墨烯是一种二维质料 ，从结构上来说 ，它是由碳原子以六元环组构而成的二维平面。它是碳的一种新型二维纳米结构形式 ，衍生于石墨。
在显微镜下视察石墨截面可以发明 ，石墨片层是由石墨烯细密堆叠组成的。因此 ，石墨烯可以被看作是一种石墨薄层 ，1毫米的石墨片层有约莫300万层石墨烯。若是把石墨比作一本书 ，石墨烯就是其中的一页 ，只不过这一页的厚度仅有0.335纳米 ，是通俗纸张的三十万分之一。
石墨烯照旧现在可见的透明度最高的质料。玻璃通常作为透明质料使用。最透明的玻璃透光率为87% ，而石墨烯薄膜透光率抵达97.7% ，肉眼看去险些是透明的。
早在19世纪中叶 ，科学家就发明了石墨特殊的层状结构。铅笔在纸上轻轻划过 ，留下的印记就是数层石墨烯。然而 ，科学界恒久以为由于石墨烯自身的热力学不稳固性 ，其不可能在常温常压的条件下稳固保存。也就是说 ，石墨烯只保存于理论中 ，不是能现实保存的物质质料。
这种私见统治了质料科学和凝聚态物理学领域100多年 ，直至21世纪初被海姆和康斯坦丁戏剧性的发明所突破。两位英国科学家使用胶带将石墨烯从石墨中剥离出来 ，然后用显微镜视察到了这种单层的碳原子结构 ，证实了石墨烯的保存。他们用胶带剥离法乐成疏散出石墨烯的做法 ，是石墨烯研究的主要突破。
石墨烯的发明开启了二维质料天下的大门。时至今日 ，已经有700多种稳固保存的二维质料获得实验或理论认证。
提高制备手艺以知足多元需求
大批量、低本钱生产高质量的石墨烯质料 ，是着实现工业化应用的条件。但显然“用胶带撕下来”的剥离法并不适用于石墨烯质料规 ；票赣肷。
现在 ，石墨烯的制备主要包括“自上而下”法和“自下而上”法两种工艺。
所谓的“自上而下”法 ，指的是以石墨为起点 ，从石墨中层层剥离 ，获得二维的微观石墨烯 ，是一个“由多到一”的历程。而“自下而上”法是指从含碳化合物最先 ，使用高能量破损掉化合物的化学键 ，使其中一个个的碳原子从中脱离出来后规则地群集 ，生长成为石墨烯 ，是一个“由零到一”的历程。前者主要包括液相剥离法、氧化还原法、机械剥离法 ，后者则主要包括化学气相沉积法、碳化硅晶体外延生长法。
中国科学院院士、北京大学教授刘忠范先容 ，石墨烯质料有3种差别的形态：粉体、薄膜、纤维。质料形态差别 ，用途也纷歧样。2010年至今 ，石墨烯质料的应用都是以粉体质料为主 ，用作电热产品、导电添加剂、防腐涂料等。未来10年值得期待的是一维石墨烯纤维质料 ，它有望用作散热膜、功效纤维、结构增强纤维 ，甚至超等导线等。
石墨烯具有优异的导电性 ，可以用于制造加热垫、加热片等加热元件 ，可以应用于多个领域 ，包括智能打扮衣着、清洁修建供暖、汽车及轨道交通等行业。在2022年北京冬奥会上 ，从发热座椅到事情职员、运发动的保暖打扮 ，都应用了石墨烯发热质料和石墨烯柔性织物。这些质料和织物体现出优异性能。
刘忠范体现 ，再过10年左右 ，石墨烯薄膜质料或将成为主流应用质料 ，用其制备的水氧阻隔膜、疏散膜、缓冲层、透明电极、触控屏、射频器件等 ，将逐渐从实验室走向工业化。因此从质料的形态上讲 ，从粉体质推测纤维质料 ，再到薄膜和晶圆质料 ，或允许以被视为石墨烯质料可预见的生长历程。
同时 ，石墨烯质料工业还面临着一系列手艺挑战。现在石墨烯大规模生产本钱仍然较高 ，需要寻找越发经济高效的要领 ；石墨烯的制备需要更好地控制其结构和性能 ，以知足差别应用的需求 ；石墨烯的生产和处置惩罚历程中可能会爆发情形污染和放弃物处置惩罚问题 ，需要研究环保的生产要领。只管石墨烯具有许多优异的特征 ，但怎样在现实应用中使用好这些特征还需要更多的研究和探索。
为工业追求“杀手级应用”
我国是天下第二大石墨资源国 ，已探明的石墨资源储量为2.6亿吨 ，石墨基础储量约占全天下总储量的33% ，具有优异的工业生长基础。
2015年 ，工业和信息化部、国家生长刷新委、科技部等三部委团结宣布的《关于加速石墨烯工业立异生长的若干意见》 ，成为我国石墨烯领域首个国家层面的纲要性文件。近年来 ，一系列石墨烯质料工业的相关帮助政策陆续出炉。今年8月 ，工业和信息化部、国务院国资委印发《前沿质料工业化重点生长指导目录（第一批）》 ，石墨烯名列其中。
无论是石墨烯质料的基础研究照旧工业化 ，中国都已走在天下前线。经由近10年的生长 ，海内石墨烯质料市场中 ，部分下游应用领域取得突破 ，如石墨烯导电剂已在新能源汽车市场获得普遍应用。
随着国家“煤改电”等清洁能源政策的推动 ，天下已有几十个都会出台了帮助政策 ，使石墨烯电加热行业进入高速生耐久。别的 ，石墨烯防腐涂料、石墨烯改性纺织品、石墨烯改性合金质料等应用也在一直生长成熟 ，中国成为石墨烯质料市场下游应用开发力度最大的国家。
同时值得注重的是 ，西欧石墨烯质料市场的下游应用多为光电器件、传感器等高细密仪器。这些仪器对石墨烯质料的要求高 ，因此常接纳“自下而上”法制备石墨烯质料。而我国市场上的石墨烯质料大部分接纳“自上而下”法 ，通过氧化还原反应制备 ，虽然本钱低、产量大 ，但由于质量尚有待提高 ，因此难以在集成电路等高细密度产品中应用。
“我们起个大早 ，赶了个晚集。”刘忠范说 ，这也是他一直呼吁要寻找石墨烯“杀手级应用”的缘故原由。在他看来 ，“杀手级应用”是建设在日趋完善的高性能石墨烯质料基础上的。“我们需要原创性的基础研究 ，也需要字斟句酌的研发和一连一直的投入。”
泉源：人民网
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