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什么是石墨烯?

公共信息2019-06-20人阅读评论

石墨烯定义

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以 sp² 杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。

石墨烯的发现

实际上石墨烯本来就存在于自然界,只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含 300 万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过,留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。

2004 年,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃消洛夫(Konstantin Novoselov)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。他们从高定向热解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。

 

Andre Geim and Konstantin Novoselov

2009 年,安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应,他们也因此获得 2010 年度诺贝尔物理学奖。

 

石墨烯是碳的基本结构

石墨烯是碳的多种形态中的基本结构,碳的其他形态为石墨、金刚石、碳纳米管、富勒烯。

单层与多层

世界上第一个 ISO 石墨烯标准由英国国家物理实验室(NPL)领导制定,明确规定了不同石墨烯的标准(标准名称:ISO/TS 80004-13:2017(en):)

国际标准化组织(ISO)认定:当层数少于或等于十层时,可以称之为石墨烯,否则,就应该叫做石墨。

 

1. 单层石墨烯(即石墨烯薄膜)

定义:由碳原子以 sp² 杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的单层二维材料。

2. 双层石墨烯:2LG

由两个已经明确定义的石墨烯层层叠组成的二维材料。

3. 三层石墨烯:3LG

由三个明确定义的层叠石墨烯层组成的二维材料。

4. 少层石墨烯:FLG

由三到十个明确定义的层叠石墨烯层组成的二维材料。

5. 石墨烯纳米片(板):GNP

由石墨烯层组成的纳米板(片)。

6. 氧化石墨烯:GO

通过石墨氧化和剥离制备的化学改性石墨烯。

7. 还原氧化石墨烯:RGO

还原处理的氧化石墨烯,减少氧含量。

 

27项「世界之最」基于单层石墨烯

石墨烯 27 种性能在世界已知材料中排在第一,是 21 世纪最具颠覆性的材料,将带来人类科技革命,改变人类发展史。

石墨烯战略地位

美国公布的一份长达 35 页的《2016-2045年新兴科技趋势报告》。石墨烯成为最值得关注的核心技术。该报告是在美国过去五年内由政府机构、咨询机构、智囊团、科研机构等发表的 32 份科技趋势相关研究调查报告的基础上提炼形成的。通过对近700项科技趋势的综合比对分析,最终明确了20项最值得关注的科技发展趋势。

 

"十二五"期间中国石墨烯行业深度市场调研与投资战略规划分析报告》称石墨烯集合世界上最优质的各种材料品质于一身,故有业内人士评价:如果说 20 世纪是硅的世纪,石墨烯则开创了 21 世纪新材料纪元,将给世界带来实质性变化。

专家观点

因石墨烯而获得诺贝尔奖的英国曼彻斯特大学教授康斯坦丁·诺肖沃夫,和新加坡国立大学教授安东尼奥·尼托在《先进材料》上发文表示,他们对来自美洲、亚洲和欧洲 60 家公司的石墨烯样品进行分析,发现所谓的石墨烯性能存在很大差异,石墨烯生产并无可靠规范。

清华教朱宏伟授对石墨烯研究已经有十余年的时间,他直言,国内很多企业打着石墨烯的幌子浑水摸鱼,所谓的“用石墨烯制作电容装置几分种就能完成智能手机充电”太过夸张;他认为,国内石墨烯有泡沫很正常,这是走向成熟的必然存在的现象。

石墨烯研发门槛过高,普遍适用还处于概念化状态,但石墨烯材料性能高超,被不少商家当作产品噱头。 




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