开栏语
石墨烯是至今发现的最薄、最轻、最强、最坚韧的材料，它是极好的导电、导热材料，还具有柔性、透明、稳定等特性，因而被誉为新材料之王。我国坚持把新材料重大项目建设作为经济高质量发展的重要抓手，坚持“创新绿色、动能转换优存量”和“着眼未来、高端引领扩增量”的发展目标，将新材料的广泛应用作为我国由建材大国向建材强国跨越的重要抓手。近年来，全国石墨烯相关重大项目建设取得的突破性进展，以“新材料之王——石墨烯”助推酒泉新材料发展迈向新高度。
甘肃旭碳作为一家集石墨烯技术研发，生产制造及产品应用与一体的高新技术企业。公司已具备石墨烯材料加工制备及拓展应用产品批量生产企业，已形成规模性生产，其相关工艺技术水平已推广应用。为帮助广大用户更深层次了解新型材料石墨烯，我们将结合公司在石墨烯行业的先进技术和经验优势，开设科普专栏——石墨烯专题。
一、什么是石墨烯？
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。将石墨的层状结构无限剥离，直到原子级厚度，该薄层碳材料的性质与原来的石墨有极大的不同（电子运动性质发生重大变化），该薄层碳材料取名石墨烯。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地从石墨中剥离出石墨烯，并表征了它的性质，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
二、石墨烯有哪些分类
石墨烯按照特性可分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯及多层石墨烯。
单层石墨烯：指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。
双层石墨烯：指由两层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括AB堆垛、AA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。
少层石墨烯：指由3-10层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。
多层石墨烯：又叫厚层石墨烯，指厚度在10层以上10nm以下苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC堆垛、ABA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。
三、石墨烯有哪些性质?
石墨烯具有优异的光学、力学、电学、热学、化学特性。
光学特性：石墨烯具有非常良好的光学特性，在较宽波长范围内吸收率约为2.3%，看上去几乎是透明的。在几层石墨烯厚度范围内，厚度每增加一层，吸收率增加2.3%。大面积的石墨烯薄膜同样具有优异的光学特性，且其光学特性随石墨烯厚度的改变而发生变化。这是单层石墨烯所具有的不寻常低能电子结构。室温下对双栅极双层石墨烯场效应晶体管施加电压，石墨烯的带隙可在0~0.25eV间调整。施加磁场，石墨烯纳米带的光学响应可调谐至太赫兹范围。
力学特性：石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。而利用氢等离子改性的还原石墨烯也具有非常好的强度，平均模量可达0.25TPa。由石墨烯薄片组成的石墨纸拥有很多的孔，因而石墨纸显得很脆，然而，经氧化得到功能化石墨烯，再由功能化石墨烯做成石墨纸则会异常坚固强韧。
电学特性：石墨烯具有超高的电子迁移率，它的导电性远高于目前任何高温超导材料。曼彻斯特大学的研究小组在室温下测量了单层石墨烯分子的电子迁移率，发现即使在含有杂质的石墨烯中，电荷的迁移率仍可达10000 m2/(V.s)。2008年，海姆研究小组又证明，电子在石墨烯中的迁移率可以达到前所未有的200000 m2/(V.s)。不久之后，哥伦比亚大学的博洛京 (K.Bolotin)将这个数值再次提高到250000 m2/(V.s)。而且前晶体管的主要材料——单晶硅的电子迁移率只有1400 m2/(V.s)，高纯度石墨烯的电子迁移率超过单晶硅150倍以上。此外，石墨烯的电子迁移率几乎不随温度变化而变化。
热学特性：石墨烯也是一种热稳定材料。石墨烯的热导率高达5300 W/(m.K)，是铜的13倍，研究发现，单层石墨烯的热导率与片层宽带、缺陷密度和边缘粗糙度密切相关；石墨烯片层沿平面方向导热具有各向导性的特点；在室温以上，石墨烯的热导率随着温度的升高而逐渐减小。
化学特性：石墨烯可以吸附和脱附各种原子和分子，如二氧化氮、氨、钾等吸附物作为给体或受体往往会导致载流子浓度发生变化；而氢离子、氢氧根离子等吸附物会产生导电性很差的衍生物，但这些都不是新的化合物。从表面化学的角度来看，石墨烯的性质类似石墨，因此可根据石墨来推测石墨烯的化学性质。石墨烯的化学性质研究将在今后数年内成为一个研究热点。
四、石墨烯可以应用在哪些领域?
石墨烯作为一种“学霸型”纳米新材料各项性能突出，应用领域广泛。由于石墨烯研发成本高、尚未完全实现产业化，因此市场应用未得到全面推广，未来随着技术和商用的成熟，石墨烯有望在越来越多领域得到应用。
复合材料：将石墨烯作为添加剂，可为材料带来新的力学、电学、热学等性能。
储能材料：由于石墨烯具有优良的导电性和高比表面积，因此成为理想的储能材料，常被研究用于锂电池、超级电容器的电极材料。
光电材料：单层石墨烯对可见光的透过率高达98%，且具有优良的导电性。因此石墨烯有望取代ITO成为新一代透明电极材料。
催化材料：石墨烯由于其高比表面积、优良导电性和良好的结构稳定性，本身就是一种优良的催化剂载体。已有许多研究验证了各种氧化物半导体在石墨烯表面表现的极高催化活性。
环境保护：在环保领域，石墨烯可用于重金属污染物处理和有机污染物处理等领域。这主要得益于石墨烯良好的吸附能力。
药物载体：石墨烯无毒性赋予其在生物领域广阔的应用前景。经过功能化修饰的石墨烯具有适当的亲水性能，非常适合应用于药物载体。
传感器件：石墨烯具有作为传感器材料所需的大部分点，高比表面积能够充分吸附被探测的分子，并由石墨烯对这些电子转移反馈灵敏的响应信号。对石墨烯进行功能化修饰，可以提高探测的选择性。
五、我司的应用产品中，都有哪些涵盖使用了石墨烯材料？
我司作为以石墨烯为原材料制备加工延伸的生产厂家，利用石墨烯优质的导热、散热、耐腐蚀等特性已应用于石墨烯电热（电热膜、电热板、卷轴画、电墙暖、暖手宝、电热理疗产品）、LED照明产品、充电桩产品。
