06
2023
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12
石墨烯——耀眼的新材料之星
作者:
佳益華
前沿科技——石墨烯
frontier technology
石墨烯
Graphene

石墨烯(Graphene)是一種以sp²雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的新材料石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性,在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景,被認為是一種未來革命性的材料。
石墨烯的分類

石墨烯的分類方式有兩種,一種是按照層數的多少,可以分為單層、雙層、少層以及多層四大類產品;另一種按照產品形態可以分為粉體、漿料、薄膜三大類產品。
石墨烯粉體和石墨烯薄膜是目前石墨烯材料的兩種主要形式,前者多摻雜在其他材料中使用,多應用于涂料和鋰離子電池領域;石墨烯薄膜則因透明、導電、柔性好等優點,在電子、光子及光電設備領域的應用十分廣泛。
石墨烯的特性

1.最薄最堅硬
單層石墨烯厚度只有 0.335 納米,是頭發直徑的二十萬分之一。
2.導電性最強
石墨烯作為理想二維晶體材料,電子運動速度達到光速的 1/300,電導率可達10^6。
3.載流子遷移率最高
石墨烯內部載流子遷移率可達 2 × 10^5 cm^2 /Vs,是硅中電子遷移率的 140倍。
4.導熱性最好
石墨烯是已知的導熱系數最高的物質,理論導熱率達到 5300 W/mK,是室溫下導熱最好的材料。
5.高透光性
單層石墨烯對光的吸收率僅為 2.3%,且對任何波長都有效,打破了目前常用半導體化合物如砷化鎵等的吸收帶僅在可見光和近紅外端的限制。
6.超大比表面積
石墨烯具有 2630 ㎡/g 的超大比表面積,能夠作為強力吸附劑與過濾材料,應用于環保、海水淡化等領域,還能充當儲能材料負載。
石墨烯的應用

電池領域的應用
石墨烯在電池中可以有效降低電池內阻,提升電池倍率、充放電性能和循環壽命,并且電池的彎折對充放電性能沒有影響。
石墨烯功能涂料
石墨烯特殊的二維片層結構,有良好的化學穩定性,在涂層中層錯排列不僅可以阻擋腐蝕介質的滲透形成物理阻隔。


石墨烯電子產品
因其具有吸引力的溫室道場效應,適合在電子工程領域開發和深入研究,可增強主電路開關的時效性,縮短了開關的時間,加快了響應的速度。
在未來,石墨烯的應用領域將不斷擴大其在能源、生物醫學、環保、航空航天等領域也將逐漸被發掘和利用,不斷發展,最終走入千家萬戶之中!
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