21世纪的“未来材料”、引发研究热潮的石墨烯竟有这么多用途

石墨烯是目前世界上最薄但也是最坚硬的纳米材料，几乎完全透明，只吸收2.3%的光，导热系数高于纳米碳管和金刚石；电阻率比铜、银更低，是目前世界上电阻率最小的材料。简单地说，石墨烯就是一种透明、良好的导体，适合用来制造触控荧幕、光板甚至是太阳能电池。

石墨烯发现历史

关于石墨烯的制造与发现，最初，科学家试着使用化学剥离法来制造石墨烯。他们将大原子和大分子嵌入石墨，得到石墨层间化合物。在其三维结构中，每一层石墨可以被视为单层石墨烯。但是经过化学反应处理后，得到的是石墨烯烂泥，由于难以分析这堆烂泥的性质，科学家没有继续研究。

还有的科学家采用化学气相沉积法，将石墨烯薄膜外延成长于各种各样的衬底，但初期品质并不优良。

直到2004年，英国曼切斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功的通过实验在石墨中分理出石墨烯，并证实它可以单独存在，两人也因此获得2010年的诺贝尔物理学奖。

2005年，曼切斯特大学团队与哥伦比亚大学的研究者证实石墨烯的准粒子是无质量迪拉克费米子，类似这样的发现开始引起一股石墨烯的研究热潮。从那时起，上百位品学兼优的研究者踏进这个崭新的领域。

石墨烯制备方法

2008年，由机械剥离法制备得到的石墨烯是世界上最贵的材料之一。

撕胶带法/轻微摩擦法

直接将石墨烯薄片从较大的晶体上裁剪下来，2004年海姆等人就是用了这种方法制备出了单层石墨烯，并可以在外界环境下单独存在。

硅化表面外延生长

通过加热单晶碳化硅脱除硅，在单晶面上分解出石墨烯片层。

氧化减薄石墨片法

使用强氧化剂，于石墨的层状结构中间进行插层氧化，使层与层之间存在带负电的氧化官能基，克服石墨间的范德华力，并通过水分子的插层，大幅增加层间距离，使氧化石墨烯的玻剥离更容易。

石墨烯应用

透明导电电极

石墨烯良好的电导性能和透光性能，使它在透明电导电极方面有非常好的应用前景。触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、有机发光二极管等等，都需要良好的电导电极材料。特别是石墨烯的机械强度和柔韧性都比常用材料优良。

超级电容器

由于石墨烯具有特高的表面面积对质量比例，石墨烯可以用于超级电容器的导电电极。科学家认为这种超级电容器的储存能量密度会大于现有的电容器。

海水淡化

研究表明，石墨烯过滤器可能大幅度的胜过其他的海水淡化技术。

太阳能电池

石墨烯/聚集物片材已被生产，大小范围在150平方厘米，可以用来生产灵活的邮寄太阳能电池。

抗癌治疗

氧化石墨烯，被认为可以应用在癌症的治疗上。当前氧化石墨烯尚在研究阶段，期待将来经过层层临床试验后，能够为现金抗癌治疗带来一线曙光。

由于石墨烯特殊的那纳米结构和优异的物理化学性能，使其在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等领域应用前景广阔，被认为是21世纪的“未来材料”和“革命性材料”，由此才兴起了石墨烯的热潮。

所以，你现在了解石墨烯材料了吗？