石墨烯是從石墨材料中剝離出來由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，被稱為21世紀(jì)最神奇的材料，是目前世界上最輕、最薄、硬度最高、韌性最強(qiáng)且導(dǎo)電導(dǎo)熱性能都很好的新型納米材料之一，也被成為新材料之王。
2004年，蓋姆與康斯坦丁·諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)通過“撕膠帶”的方式獲得了單層石墨結(jié)構(gòu)。他們使用普通膠帶用純石墨剝離石墨烯層，直到只剩下一層石墨烯，將膠帶組件溶解在丙酮中并干燥后，就可以在顯微鏡下觀察到石墨烯。6年后，因這一開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)研究，蓋姆與諾沃肖洛夫共同獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
石墨烯在室溫下呈現(xiàn)出創(chuàng)紀(jì)錄磁阻
而在石墨烯被發(fā)現(xiàn)近20年后，一項(xiàng)研究表明，它是人們所知的最具抗磁性能，即磁阻的材料。據(jù)《中國科學(xué)報(bào)》報(bào)道，英國曼徹斯特大學(xué)的Andre Geim和同事研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯在室溫下具有前所未有的磁阻。相關(guān)研究成果于4月13日發(fā)表于《自然》。
大多數(shù)材料僅在非常低的溫度下顯示磁阻。為了揭示這一現(xiàn)象，研究團(tuán)隊(duì)首先在一些石墨烯上施加電場，以平衡其電荷載流子的數(shù)量。然后，研究人員使用電場調(diào)整有缺陷的石墨烯的結(jié)構(gòu)，以便在更原始的狀態(tài)下研究這種材料。接下來，研究人員對石墨烯施加不同的磁場，以測量其磁阻的變化。
研究人員表示，在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，石墨烯在室溫下比之前測試的任何其他材料(如石墨和鉍等)都更具磁阻。
磁阻材料已經(jīng)被用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備中。英國蘭卡斯特大學(xué)的Leonid Ponomarenko在一份聲明中表示，研究人員計(jì)劃繼續(xù)研究石墨烯，稱其“應(yīng)用將隨之而來”。
性能優(yōu)異的石墨烯
根據(jù)北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授，中國科學(xué)院院士、發(fā)展中國家科學(xué)院院士劉忠范介紹，石墨烯是一種非常薄、導(dǎo)電性特別好的材料。通俗來講，就是電子在石墨烯里面可以跑得非?？?。石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性能也決定其是一種非常好的導(dǎo)電材料。
其次，石墨烯的導(dǎo)熱性特別好，理論上它的熱導(dǎo)率可以到5300W/(m·K)，而金剛石通常是2000W/(m·K)左右。石墨烯的導(dǎo)熱性是目前為止已知材料中最好的，運(yùn)用石墨烯的導(dǎo)熱性，可以用來做散熱膜;同時(shí)因?yàn)槭┙Y(jié)構(gòu)的特殊性，可以用來做發(fā)熱膜。比如國內(nèi)現(xiàn)在有用石墨烯作畫的，這個(gè)畫既可以用來欣賞，也有加熱的功能。
此外，因?yàn)槭?dǎo)電性好且表面積特別大，所以目前國內(nèi)比較多的做法是把石墨烯放到鋰離子電池中做添加劑。添加石墨烯后可以顯著提高鋰離子電池的性能、壽命以及循環(huán)次數(shù)。
值得一提的是，因?yàn)橐粚觾蓪拥氖┦峭该鞯?，可以用做觸摸屏、觸控屏。目前市場上一般是用ITO來做觸摸屏，ITO作為一種玻璃，不具備柔韌性，而石墨烯的柔性特質(zhì)則決定其可以來回曲折。
石墨烯產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景廣闊
石墨烯被譽(yù)為“材料之王”，是迄今為止自然界唯一厚度最薄、硬度最高和導(dǎo)熱導(dǎo)電性能最好的新材料。目前，石墨烯已在智能穿戴、新能源電池、電子元器件等多個(gè)領(lǐng)域推廣試用。
石墨烯行業(yè)的發(fā)展越來越得到國家重視。2012年工信部發(fā)布《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，首次明確提出支持石墨烯新材料的發(fā)展。之后，我國先后出臺(tái)《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》《“十三五”材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》等文件，確立石墨烯在新時(shí)代我國制造業(yè)發(fā)展中的重要戰(zhàn)略地位，鼓勵(lì)在電化學(xué)儲(chǔ)能、海洋工程和柔性電子器件等領(lǐng)域拓展石墨烯應(yīng)用。
作為石墨資源大國和全球制造業(yè)大國，我國在石墨烯應(yīng)用方面具有巨大的市場空間。在國家及地方政府的支持下，近幾年我國石墨烯產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展，初步構(gòu)建起以石墨烯原材料、研發(fā)、制備和應(yīng)用為主體的產(chǎn)業(yè)鏈。
得益于近年來我國新能源、半導(dǎo)體和醫(yī)療器械等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，石墨烯需求量隨之不斷增長，推動(dòng)行業(yè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)張。
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