看“黑金”石墨烯如何颠覆未来

作为碳元素家族的新贵，石墨烯自诞生以来就成为了“神奇材料”“万能材料”的代名词，各国的顶尖科研力量对它趋之若鹜，成就了它材料界翘楚的地位。

石墨烯是什么

石墨烯是一种由碳原子以SP2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯是人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”，极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

石墨烯的应用领域

石墨烯在已知的材料中电阻率最小、导热系数最高，它电流密度是铜的100万倍，导热率是铜的10倍，因此也是最理想的电极和半导体材料，被认为可以引起现代电子科技和信息技术的革命。

目前，石墨烯主要应用于复合材料、导电导热涂层、超级电容器、锂离子电池等，未来进一步的发展可能是柔性显示、太阳能、高性能芯片、医学生物等领域。

新能源汽车锂电材料领域。石墨烯作为导电添加剂能大幅提升锂离子电池的充电效率、稳定性和使用寿命，相比颗粒状导电剂和碳纳米管具有显著性能优势。导电添加剂能大幅提升锂离子电池导电性，提高电动车的快充性能。导电添加剂的作用就是在具体活性物质之间、活性物质与集流体之间收集微电流以减小电极的接触电阻，加速电子的移动速率。与传统的导电剂相比，石墨烯导电剂性能更为优异，与碳纳米管相比也更胜一筹。

超级电容器领域。超级电容器是一种靠极化电解液来存储电能的新型电化学装置，介于传统电容器和二次电池之间，具有充放电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，在各类需要能源转化的领域拥有巨大的应用价值。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。

电子设备领域。电子产品的轻薄化对散热提出了更高的要求。当前，电子产品的轻薄化已经成为一大趋势，伴随着产品功能增强、性能提高，高功率的处理芯片带来了更多的热量，更快的处理速度和更低的电量消耗对智能终端提出了更高的散热需求。2011年，美国佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）学者首先报道了垂直排列官能化多层石墨烯三维立体结构在热界面材料中的应用及其超高等效热导率和超低界面热阻。

透明导电薄膜领域。传统的显示屏导体材料基本都使用ITO膜，但ITO材料具有价格高、易碎、有毒等缺点，且受制于导电性、透光率、弯曲性等本质问题，已无法满足移动终端、可穿戴设备、智能家电对触控面板提出的更高的要求。与ITO相比，石墨烯性能更为优异。

通常衡量透明导电膜性能有两个指标：导电性和透光率。石墨烯具有高透光度、强韧性和优异的导电性能，是新型透明导电膜的理想材料。此外，石墨烯触摸屏sensor加工工序相对简单，对生产设备、场地等投资要求较低，可进一步降低模组成本。目前，在技术层面石墨烯替代ITO作为触摸屏已经没有障碍，与ITO其他替代材料比，石墨烯更为全面，进展加速。

生物医学领域。由于石墨烯的可修改化学功能、大接触面积、原子尺寸厚度、分子闸极结构等特色，应用于细菌侦测与诊断器件，石墨烯是个很优良的选择。石墨烯及其衍生物在纳米药物运输系统、生物检测、生物成像、肿瘤治疗等方面的应用广阔。以石墨烯为基层的生物装置或生物传感器可以用于细菌分析、DNA和蛋白质检测。石墨烯在生物医学领域的应用研究虽处于起步阶段，但却是产业化前景最为广阔的应用领域之一。

海水淡化。研究表明，石墨烯过滤器可大幅度的胜过其他的海水淡化技术。