关于石墨烯Word文档下载推荐.docx
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因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。
由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
石墨烯电池或将引领改革：
充电10分钟跑1000公里。
定义
单层石墨烯（Graphene）：
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（Bilayerordouble-layergraphene）：
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，AA‘堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。
少层石墨烯（Few-layerormulti-layergraphene）：
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。
石墨烯（Graphenes）：
是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯的统称。
1、研究历史
石墨烯在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·
杰姆和克斯特亚·
诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。
他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。
不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。
这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。
因此，两人在2010年获得诺贝尔物理学奖。
石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜。
人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能，超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。
在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。
由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这种方式浪费了72%-81%的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻常的优良特性。
石墨烯独特的性能与其电子能带结构紧密相关。
石墨烯电子能带结构石墨烯电子能带结构以独立碳原子为基，将周围碳原子产生的势作为微扰，可以用矩阵的方法计算出石墨烯的能级分布。
在狄拉克点（DiracPoint）附近展开，可得能量与波矢呈线性关系（类似于光子的色散关系），且在狄拉克点出出现奇点（singularity）。
这意味着在费米面附近，石墨烯中电子的有效质量为零，这也解释了该材料独特的电学等性质。
2、石墨烯电池
原理
石墨烯电池在饱和氯化铜溶液中，时间（小时、天数）和产生电压的关系。
实验制成电路其中包含LED，用电线连接到带状石墨烯。
他们只是把石墨烯放在氯化铜（copperchloride）溶液中，进行观察。
LED灯亮了。
实际上，他们需要6个石墨烯电路，形成串联，这样就可产生所需的2V，使LED灯发亮，就可以得到这个图片。
徐子涵和同事说，这里发生情况就是铜离子具有双重正电荷，穿过溶液的速度约每秒300米，因为溶液在室温下的热能量。
当离子猛烈撞入石墨烯带时，碰撞会产生足够的能量，使不在原位的电子离开石墨烯。
电子有两种选择：
可以离开石墨烯带，和铜离子结合，也可以穿过石墨烯，进入电路。
原来，流动的电子在石墨烯中更快，超过它穿过溶液的速度，所以电子自然会选择路径，穿过电路。
正是这一点点亮了LED灯“释放的电子更倾向于穿过石墨烯表面，而不是进入电解液。
设备就是这样产生电压的，”徐子涵说。
因此，这个装置产生的能量来自周围环境的热量。
他们可以提高电流，只需加热溶液，也可用超声波加快铜离子。
只依靠周围热量，就可以使他们的石墨烯电池持续运行20天。
但是，还有一个重要的问号。
另一个假设是某种化学反应产生电流，就像普通的电池。
然而，徐子涵和同事说，他们排除了这一点，因为进行了几组控制实验。
然而，这些是在一些补充材料中介绍的，他们似乎并没有放在arXiv网站上。
他们需要赶在别人做出严肃声明之前公开。
从表面价值来看，这看起来是一项非常重要的成果。
其他人也在石墨烯中产生过电流，但只是让水流过它，所以这并不真的使人吃惊，移动的离子也可以产生这样的效果。
这预示着清洁的绿色电池，只依靠环境热量驱动。
徐子涵和同事说：
“这代表着一个巨大的突破，研究的是自驱动技术”。
应用
随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破，石墨烯的产业化应用步伐正在加快，基于已有的研究成果，最先实现商业化应用的领域可能会是移动设备、航空航天、新能源电池领域。
消费电子展上可弯曲屏幕备受瞩目，成为未来移动设备显示屏的发展趋势。
柔性显示未来市场广阔，作为基础材料的石墨烯前景也被看好。
有数据显示2013年全球对手机触摸屏的需求量大概在9.65亿片。
到2015年，平板电脑对大尺寸触摸屏的需求也将达到2.3亿片，为石墨烯的应用提供了广阔的市场。
韩国三星公司的研究人员也已制造出由多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏，相信大规模商用指日可待。
另一方面，新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域。
之前美国麻省理工学院已成功研制出表面附有石墨烯纳米图层的柔性光伏电池板，可极大降低制造透明可变形太阳能电池的成本，这种电池有可能在夜视镜、相机等小型数码设备中应用。
另外，石墨烯超级电池的成功研发，也解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题，极大加速了新能源电池产业的发展。
这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道路。
由于高导电性、高强度、超轻薄等特性，石墨烯在航天军工领域的应用优势也是极为突出的。
前不久美国NASA开发出应用于航天领域的石墨烯传感器，就能很好的对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进行检测。
而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用.
发展前景
美国俄亥俄州的Nanotek仪器公司利用锂电池在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出一种新的电池。
这种新的电池可把数小时的充电时间压缩至短短不到一分钟。
分析人士认为，未来一分钟快充石墨烯电池实现产业化后，将带来电池产业的变革，从而也促使新能源汽车产业的革新。
作为导电性、机械性能都很优异的材料，素来有“黑金子”之称的石墨烯之前在中国市场上的价格近十倍于黄金，超过2000元/克，目前最低降到3元/克。
新型石墨烯电池实验阶段的成功，无疑将成为电池产业的一个新的发展点。
电池技术是电动汽车大力推广和发展的最大门槛，而当前的电池产业正处于铅酸电池和传统锂电池发展均遇瓶颈的阶段，石墨烯储能设备的研制成功后，若能批量生产，则将为电池产业乃至电动车产业带来新的变革。
[1]
由于其独有的特性，石墨烯被称为“神奇材料”，科学家甚至预言其将“彻底改变21世纪”。
曼彻斯特大学副校长ColinBailey教授称：
“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的各种应用，从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯片。
”
2013年初，美国加州大学洛杉矶分校的研究人员就开发出一种以石墨烯为基础的微型超级电容器，该电容器不仅外形小巧，而且充电速度为普通电池的1000倍，可以在数秒内为手机甚至汽车充电，同时可用于制造体积较小的器件。
[4]
微型石墨烯超级电容技术突破可以说是给电池带来了革命性发展。
当前主要制造微型电容器的方法是平板印刷技术，需要投入大量的人力和成本，阻碍了产品的商业应用。
以后只需要常见的DVD刻录机，甚至是在家里，利用廉价材料30分钟就可以在一个光盘上制造100多个微型石墨烯超级电容。
正是看到了石墨烯的应用前景，许多国家纷纷建立石墨烯相关技术研发中心，尝试使用石墨烯商业化，进而在工业、技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。
欧盟委员会将石墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”，设立专项研发计划，未来10年内拨出10亿欧元经费。
英国政府也投资建立国家石墨烯研究所（NGI），力图使这种材料在未来几十年里可以从实验室进入生产线和市场。
中国在石墨烯研究上也具有独特的优势，从生产角度看，
作为石墨烯生产原料的石墨，在我国储能丰富，价格低廉。
另外，批量化生产和大尺寸生产是阻碍石墨烯大规模商用的最主要因素。
而我国最新的研究成果已成功突破这两大难题，制造成本已从5000元/克降至3元/克，解决了这种材料的量产难题。
利用化学气相沉积法成功制造出了国内首片15英寸的单层石墨烯，并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上，制备出了7英寸石墨烯触摸屏。
中科院重庆绿色智能技术研究院的研究人员在展示单层石墨烯产品的超强透光性和柔性。
随着研究的不断深入，技术难题的接连攻克，应用范围也在不断拓宽，相信石墨烯器件时代已为期不远，可以期待一下这一“21世纪的神奇材料”会带来怎样的惊喜。
最新应用
根据美国环保局公布的信息，我们知道特斯拉广受好评的ModelS电动汽车一次充电可以行驶265英里。
然而，该公司的CEO伊隆·
马斯克上个月在接受媒体采访时表示，“一次充电行驶500英里也是有可能的，而且我们很快就能做到这一点。
特斯拉可能很快就会推出一次充电即可行驶500英里的电动汽车，因为高性能石墨烯电池的研发取得了不错的进展，而这种电池的输出密度是锂离子电池的四倍。
尽管特斯拉实现这种高性能石墨烯电池的量产，可能需要数年的时间，但是只要能够做出高性能石墨烯电池，那么电动汽车就没有什么值得挑剔的了。
这也意味着，电动汽车离成为主流又更近了一步。
[5]
3石墨烯时代编辑还没到来
前不久，任正非在接受媒体采访时声称，未来10至20年内会爆发一场技术革命，“我认为这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代颠覆硅时代”，“现在芯片有极限宽度，硅的极限是七纳米，已经临近边界了，石墨是技术革命前沿”。
这里提到的石墨烯，究竟是何方神圣？
它真的能带来颠覆吗？
石墨烯——一种只有一个原子厚的二维碳膜——的确是一种令人惊讶的材料。
虽然名字里带有石墨二字，但它既不依赖石墨储量也完全不是石墨的特性：
石墨烯导电性强、可弯折、机械强度好，看起来颇有未来神奇材料的风范。
如果再把它的潜在用途列个清单——保护涂层，透明可弯折电子元件，超大容量电容器，等等——那简直是改变世界的发明。
连2010年诺贝尔物理学奖都授予了它呢！
但它诞生至今都十年了，我的透明手机在哪呢？
其实就在2012年，因石墨烯而获得诺贝尔奖的康斯坦丁·
诺沃肖洛夫（KonstantinNovoselov）和他的同事曾经在《自然》上发表文章讨论石墨烯的未来，两年来的发展也基本证明了他们的预测。
他认为作为一种材料，石墨烯“前途是光明的、道路是曲折的”，虽然将来它也许能发挥重大作用，但是在克服几个重大困难之前，这一场景还不会到来。
更重要的是，考虑到产业更新的巨大成本，石墨烯的好处可能不足以让它简单地取代现有的设备——它的真正前景，或许在于为它的独到特性量身定做的全新应用场合。
石墨烯到底是什么？
石墨烯是人们发现的第一种由单层原子构成的材料。
碳原子之间相互连接成六角网格。
铅笔里用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起，而碳纳米管就是石墨烯卷成了筒状。
由于碳原子之间化学键的特性，石墨烯很顽强：
可以弯曲到很大角度而不断裂，还能抵抗很高的压力。
而因为只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，为它带来了全新的电学属性。
石墨烯在可见光下透明，但不透气。
这些特征使得它非常适合作为保护层和透明电子产品的原料。
但是适合归适合，石墨烯真用到民用还没那么快。
[6-7]
石墨烯电池或将引领改革
“石墨烯电池或将引领改革：
充电10分钟跑1000公里”[8]报道：
西班牙Graphenano公司（一家以工业规模生产石墨烯的公司）同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池，其储电量是目前市场最好产品的三倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟。
虽然此电池具有各种优良的性能，但其成本并不高。
Graphenano公司相关负责人称，此电池的成本将比锂电池低77%，完全在消费者承受范围之内。
此外，在汽车燃料电池等领域，石墨烯还有望带来革命性进步。
（来源：
XX百科）
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