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06
2023
-
12
石墨烯——耀眼的新材料之星
作者：
佳益华
前沿科技——石墨烯
frontier technology
石墨烯
Graphene
石墨烯（Graphene）是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。
石墨烯的分类
石墨烯的分类方式有两种，一种是按照层数的多少，可以分为单层、双层、少层以及多层四大类产品；另一种按照产品形态可以分为粉体、浆料、薄膜三大类产品。
石墨烯粉体和石墨烯薄膜是目前石墨烯材料的两种主要形式，前者多掺杂在其他材料中使用，多应用于涂料和锂离子电池领域；石墨烯薄膜则因透明、导电、柔性好等优点，在电子、光子及光电设备领域的应用十分广泛。
石墨烯的特性
1.最薄最坚硬
单层石墨烯厚度只有 0.335 纳米，是头发直径的二十万分之一。
2.导电性最强
石墨烯作为理想二维晶体材料，电子运动速度达到光速的 1/300，电导率可达10^6。
3.载流子迁移率最高
石墨烯内部载流子迁移率可达 2 × 10^5 cm^2 /Vs，是硅中电子迁移率的 140倍。
4.导热性最好
石墨烯是已知的导热系数最高的物质，理论导热率达到 5300 W/mK，是室温下导热最好的材料。
5.高透光性
单层石墨烯对光的吸收率仅为 2.3%，且对任何波长都有效，打破了目前常用半导体化合物如砷化镓等的吸收带仅在可见光和近红外端的限制。
6.超大比表面积
石墨烯具有 2630 ㎡/g 的超大比表面积，能够作为强力吸附剂与过滤材料，应用于环保、海水淡化等领域，还能充当储能材料负载。
石墨烯的应用
电池领域的应用
石墨烯在电池中可以有效降低电池内阻，提升电池倍率、充放电性能和循环寿命，并且电池的弯折对充放电性能没有影响。
石墨烯功能涂料
石墨烯特殊的二维片层结构，有良好的化学稳定性，在涂层中层错排列不仅可以阻挡腐蚀介质的渗透形成物理阻隔。
石墨烯电子产品
因其具有吸引力的温室道场效应，适合在电子工程领域开发和深入研究，可增强主电路开关的时效性，缩短了开关的时间，加快了响应的速度。
在未来，石墨烯的应用领域将不断扩大其在能源、生物医学、环保、航空航天等领域也将逐渐被发掘和利用，不断发展，最终走入千家万户之中！
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