石 墨 烯 技 术 优 势
美国科学家设计出简便快速的纳米电线制造方法
英 国科 学家 研 发 出新碳 基 超 导 物质
据 美 国物 理 学 家 组 织 网 ５月 ２ 日 （ 京 时 间） 道 ，英 ５ 北 报 国利 物 浦 大 学 和 杜 伦 大 学 的 研究 人 员 发 现 ， 过 施加 一定 的 通 压力 ， 改变 Ｃ ０的晶体结构 ， 同 Ｃ ０晶体结构下的 Ｃ ３ ６ ６ 不 ６ ｓＣ ０ 能够从磁绝缘体转变为超 导体 ，而其超导转化温度也从 ３Ｋ ８ 转化为 ３ Ｋ ５ 。研究人员表示，新发现将有助于降低诸如磁共 振成像扫描仪及其他依赖超导体的能源存储应用的成本 。
破 ：设计出了简便 、快速的纳米电线制造方法 ，能够调谐石 墨烯的电学特征 ，使氧化石墨烯 从绝缘物质变成导 电物 质。
这 被认 定 为石 墨 烯 电子 学领 域 的一 项 重 要 发 现 ， 关研 究报 相
．
８．
的纳米 电路 。当温度达到 １０摄氏度 时，氧化石墨烯变得更 ３ 具传导性 ， 并能从绝缘物质转变 为更具传导性的纳米线等石
墨烯类似物质 这些性能都是该技 术颇具成效的标志。乔治 亚理工学 院物理系副教授爱丽莎 ・ 雷多谈道：“ 研究表明， 通过使用原子力显微镜 的尖端局部加热绝缘 的氧化石墨烯 ， 我们可将纳米线 的大小降至 １ ２纳米 ，并能将它的 电子特性 调谐至 ４个传导量级 以上 。 实验过程 中也并未 出现尖端磨损 或是石 墨烯样本损坏的情况。 ” 伊 利诺伊大学 香槟 分校机械科 学和工程系 的副教授威 廉 ・ 金也认为新技术有三大优势：一是整个过程只 需～步完 成， 单纯通过纳米加热就可将绝缘氧化石墨烯 转化 为功能性 导 电材料；二是此技术可适用于多种类型 的石墨烯；三是新 技术效率极高，可在极短时间内合成纳米结构 ， 对纳米电路 的 制造 十 分 有益 。 研 究人 员还表示 ， 从氧化石墨烯 到石墨烯的简单转换是 制造 导电性纳米线的重要途径 ， 其不仅可应用于软性电子学 领域 ，还有望用于生产与生物兼容的石墨烯 电线 ，可被用于 测 量 单 个 生 物 细 胞 的 电 因为这种碳氢化合物不会相互缠 结在～起 ，使之 不至 于太过黏稠。这种独特的性质让其 可以 用 于柴 油机 中， 而其他植物油想要用于柴 油机 中，必须 通过 化学方式将其链断开。 波拉德说，另外，不像大 多数短链油 ，这种油在即使很
石墨烯制备的方法_特性及基本原理_胡忠良
微槽 ， 并用光刻胶 将 其 转 移 到 玻 璃 衬 底 上 ， 随后用透镜胶带 反复 撕 揭 ， 会有些很薄的片层留在衬 Ｇ 厚 度 逐 步 降 低， ＨＯ Ｐ 底上 ， 其中包括单 层 石 墨 烯 ； 再将贴有微片的玻璃衬底放入 丙酮溶液中超声 处 理 ， 之 后 在 溶 液 中 放 入 单 晶 硅 片， 单层石 墨烯会在范德华力作用下吸附在硅片表面 。 微机械分离法的 基 本 原 理 在 于 使 用 机 械 作 用 力 来 克 服 石墨层间的范德 华 力 ， 从 而 使 石 墨 烯 得 到 分 离， 最终得到一 小部分的单层石 墨 烯 。 该 法 采 用 机 械 力 来 分 离 已 知 的 最 薄 材料 ， 要求炭材料前驱体必须要有良好的解理性 。 该方法后来的研究进展主要体现在 制 备 方 法 有 所 简 化 ，
尽管研究者对各种制备方法形成石墨烯的机理也进行了研究提出了各自的形成机制但这些机制大都是从宏观上来说明是石墨烯碳原子形成的分子动力学和热力学进一步深入研究各制备方法形成石墨烯的机子原子层面的微观研究倡导多学科协面多角度研究裂解碳原子的形成石墨烯的热力学和动力学问题利用计算机计算模拟研究石墨烯形成的各中间体状态结构及成键情况为相关研究提供热力学和动力学数据从原子和分子水平上提高对石墨烯形成机理的认识时相关部门还要从思想上予以高度重视导各类基金向这类研究倾斜加大相关研究的资金资助力度为课题的研究提供充足的财力支持
石墨间反复粘 如直接 使 用 胶 带 揭 下 一 层 ＨＯ Ｇ 石 墨， Ｐ 贴， 使石墨片层变薄 ， 最终会出现包含单层 石 墨 烯 的 片 层 ， 单 层石墨烯通过 胶 带 转 移 到 衬 底 上 。 同 时 出 现 了 许 多 新 的 机 械方法 ， 如机械压力法 、 滚动摩擦法 等 ， 然而 其 基 本 原 理 都 没 有超出利用机械 外 力 及 借 助 转 移 技 术 把 得 到 的 石 墨 烯 分 离 到特定的衬底上的范围 。 机械分离法制备单层石墨烯的最大优 点 在 于 工 艺 简 单 、 样品的质量高 ， 但 是 产 量、 产 率 低， 不 可 控， 不能实现石墨烯 的大面积和规模 化 制 备 ， 因 此， 该法最大的贡献在于首次用 实验证明了二维石墨烯是可以独立存在的 ， 此外 该 法 制 备 的
石墨烯的制备及其在铅酸电池中的应用
过 １ ５ ０ ０ ０ ｃ ｍ ／ （ ｖ・ Ｓ ） ，在温 度 为 ４ Ｋ时 ，电子迁 移 率
约为 ６ ０ ０ ０ ０ ｃ ｍ ／ （ ｖ・ Ｓ ） ｐ ］ 。该 法能 够得 到 晶型 完整 的
石 墨烯 ，但 是 效率 很 低 ，不 能 用于 大规 模 生产 。现
阶段机械法有 了新的发展 ，如球磨法、三辊机械剥
从而 形成 极 薄 的石 墨 层 ，研究 结 果表 明该 方 法能 可 控地 制备 出单 层或 是 多层石 墨 烯 。
金 属 催 化 外 延 生 长 法 是 在 超 高 真 空 下 将 碳 氢
制 备石 墨烯 的 方法 。Ｌｉ 【 ６ ］ 等 人选 用 ＣＨ 和 Ｈ： 混 合 气 体 ，在 １ ０ ０ ０ ℃ 条件 下 ，在铜 箔表 面 生长 出石 墨 烯 ，得 到 的石 墨 烯 主要 为 单 层 ，将 其 转 移 到 Ｓ ｉ基
经氧 气 或氢 气 刻蚀 处 理得 到 的样 品 ，除去 氧 化物 ，
化学 气相 沉淀 法 （ Ｃ ＶＤ）是 以 甲烷 、乙炔等 作 为 碳 源 ，将平 面 基板 Ｃ ｕ 、Ｎｉ 放 置于 高温 含碳 源 的 气 氛 中进 行化 学 反应 ，反应 持 续一 定 时 间后进 行 冷
却 ，形成 的 固体 沉 积在加 热的 固态 基 体表 面 ，进 而
向裂 解 石墨 ，用等 离 子体 进 行刻 蚀 得到 微槽 ，然后 将其 固定在 玻 璃衬 底 上 ，之 后使 用 胶带 对其 进 行 反
种 ，不 同的 方 法 氧 化 的 程 度 不 同 ，其 中最 常 用 的 为 Ｈｕ ｍｍｅ ｒ ｓ法 ［ 。氧 化石 墨 因含 有极 性 基 团如 羧 基 、羟基 等 ，从 而使 石 墨烯 具 有 强烈 的亲 水性 ，水 分 子 能 插 入 片 层 之 间 ，可 采 用 超 声 将 氧 化 石 墨 完 全 剥 离 ，分 散 在 水 介 质 中 。通 过 化 学 还 原 （ 用 还 原 剂 如 肼 、硼 氢 化 钠 等 ） 、热 还 原 、光 催化 辅 助
石墨烯材料应用现状及发展前景分析
石墨烯材料应用现状及发展前景分析张永明1邹静2（1西京学院理学院，陕西西安 710123；2陕西国防工业职业技术学院，陕西西安 710300）摘要：石墨烯材料是通过杂化的过程而形成的一种蜂窝状的晶体结构，具有的力学、热学、电学性能都表现出优异的特点，是当前研究所发现的性能最优异的材料。
在近几年来，因石墨烯材料所具的优异性能而被多个领域所关注，具有较为广阔的应用前景，已经被誉为21世纪革命性植被。
在技术不断发展下推动了石墨烯研究技术的创新，利用分子模拟技术可以指导石墨烯的研究过程，进而为各领域提供性能更优异的材料。
关键词：石墨烯材料；应用现状；发展前景DOI: 10.12184/wspcyycx2WSP2516-415523.20200408一、石墨烯材料的制备（一）石墨烯制备方法目前，在制备石墨烯时普遍采用两种方式：一是化学制备法、二是物理制备法，其中的物理制备法主要是从具有完备性的高晶格石墨中，或者是在相类似的材料中获取石墨烯，经测量获取的石墨烯尺度，都达到了80nm以上的数值；化学制备法是利用小分子合成的过程或者是采用溶液分离的过程而制备出石墨烯，经测量制备后的石墨烯尺度要显著低于物理制备法，只在10nm 以下。
在应用物理方法制备时含有四种方式：取向附生法制备、机械剥离法制备、爆炸法制备、加热SiC法制备，在应用化学方法制备时含有六种方式：热膨胀剥离法制备、石墨插层法制备、电化学法制备、氧化石墨还原法制备、电化学法制备、球磨法制备。
无论是物理制备法，还是化学制备法都具有不同的优点与不足，比如机械剥离法的制备过程较为简单，能够达到获取高品质石墨烯的目的，但是却存在着产量与产率低及重复性差的问题；溶液液相剥离制备法的制备过程较为简单，并且未对石墨烯的内原子结构产生破坏，但是却存在着效率低的不足，并且还存在着单片层与多层石墨烯共同存在的问题，不能实现有效分离石墨烯的目的；外延生长制备法能够获取出大面积的单层石墨烯，只是具有制备条件较为苛刻的问题，要在制备中应用高温与高真空的过程，并且不能实现从衬底处将石墨烯转移出来；化学气相沉积制备法可以达到获取出较为完整的石墨烯晶体结构，并且石墨烯的面积也较大，在透明电机与电子设备方面表现出较强的优势，只是产量不高且需要较高的成本，特别是石墨烯不能产生有效转移等。
石墨烯专利及发展态势分析
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图１ 国家 自然科学基金历年来资助的石墨烯项 目数
新 枷料产业 Ｎ Ｏ． １ １ ２ ０ １ ６—姐
Ｅ｜目 Ｆ Ｏ Ｃ Ｕ Ｓ
领 先水 平 ， 这 些 都为 石墨 烯应 用实 现 跨 越式 发展提 供 了可 能。 结合 国 家战 略 需求 ， 石 墨烯 材料 在信 息 、 能源、 环 境、 资 源和 传统 产业 应用 等领 域近 年 来 发展 迅猛 ， 市场成长迅速 ， 即将 进入 爆 发式增长的 阶段 。
世 界主要 国家 和地 区在
２ ０ ０ ４ － ２ ０ １ ３ 年 间， 美 国 国 家 自然
的低 碳社 会 实现 之超 轻 、 高轻 度创 新 融合 材料 项 目， 将碳纳 米 管和 石墨 烯 的批量 制备 技术 作为 重点 突破 内容 。 在产 业界 方 面 ， Ｉ ＢＭ、 苹 果、 三 星等 巨
别， 重点利 用石墨烯 的 电子学 特性 ， 开
头分别成立石墨烯专项开发组 ， 将其
作 为未 来产 品柔 性化 、 智 能化 的核 心 研发 材料 。 我国在石 墨烯 领域的研究 起步较 早， 科 学 技术 部 、 基 金会 等通 过 “ ９ ７ ３ ” 计划、 “ ８ ６ ３ ” 计划、 自然科 学基 金 等项 目对 石 墨 烯 研 究进 行 资 助 （ 见图 １ ） ， 使我 国在石墨烯研 究领域 与国际发展 同步 ， 部分 领域 已达 到国 际先进 ， 甚至
近年 也资助 了一 系列石墨烯相 关的研
发 项 目， ２ ０ １ １ 年 经 济产 业省 立 项资 助
一
的“ 机械 剥 离法 ” ， 首 次分 离 出单 层 的
石 墨 烯
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四，石墨烯的性质
1.原子结构
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悬挂于金属网栅上方，隔离的单层石墨烯平片，可以用穿 透式电子显微镜观测。显示出的石墨烯平片皱纹，其波幅大 约为一纳米。隔离的单层石墨烯贴附在氧化硅基板上方，其 原子分辨率的真实空间图像，可以用扫描隧道显微镜观测得 到。经过光刻术处理后的石墨烯会被光阻剂渣滓覆盖，必须 清洗除去这些渣滓，才能得到原子分辨率图像。（这些渣滓 可能是穿透式电子显微镜所观测到的吸附物，可能是造成皱 纹的因素。）
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中国科学院上海分院的科学家发现石墨烯氧化 物对于抑制大肠杆菌的生长超级有效，而且不会 伤害到人体细胞。假若石墨烯氧化物对其他细菌 也具有抗菌性，则可能找到一系列新的应用，像 自动除去气味的鞋子，或保存食品新鲜的包装。
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石墨烯的前景
触摸面板试制品
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1918年，V. Kohlschü tter 和 P. Haenni详细地描述
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三.石墨烯的优点
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1、它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被 期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电 子元件或晶体管。 2、本征石墨烯的电子迁移率非常高，远超过现在使 用的各种半导体材料； 3、单层石墨烯的透光性很好，可以在光电领域应用； 4、石墨烯的热导率很高，可在导热材料领域进行研 究
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六.最新成果
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石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在， 直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈· 海姆和康 斯坦丁· 诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨 烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料 的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
2024石墨烯技术PPT课件
contents •石墨烯概述•石墨烯制备方法•石墨烯表征技术•石墨烯应用领域•石墨烯产业发展现状与趋势•总结与展望目录石墨烯定义与结构定义结构石墨烯的每个碳原子与周围三个碳原子通过共价键连接，形成稳定的六边形结构。
这种结构使得石墨烯具有出色的力学、电学和热学性能。
石墨烯性质与特点力学性质石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，可以弯曲成各种形状而不断裂。
电学性质石墨烯具有优异的导电性能，电子在其中的移动速度极快，使得石墨烯成为理想的电极材料。
热学性质石墨烯具有极高的热导率，可以快速地将热量从一个区域传递到另一个区域，这使得石墨烯在散热领域具有广阔的应用前景。
光学性质石墨烯对光的吸收率很低，且透光性极好，这使得石墨烯在透明导电薄膜等领域具有潜在的应用价值。
石墨烯发现历程及意义发现历程石墨烯最初是由英国曼彻斯特大学的两位科学家通过机械剥离法从石墨中分离出来的。
这一发现引起了科学界的广泛关注，并开启了石墨烯研究的新篇章。
意义石墨烯的发现不仅打破了二维晶体无法稳定存在的传统认知，而且为材料科学、凝聚态物理以及电子器件等领域的发展带来了新的机遇。
石墨烯的优异性能使得它在能源、环保、医疗、航空航天等领域具有广阔的应用前景，有望引领新一轮的技术革命和产业变革。
机械剥离法01020304原理优点缺点应用领域化学气相沉积法在高温下，碳源气体在催化剂表面分解并沉积形成石墨烯。
可控制备大面积、高质量的石墨烯；与现有半导体工艺兼容。
设备成本高，制备过程中可能产生有毒气体。
透明导电薄膜、电子器件、传感器等。
原理优点缺点应用领域原理优点缺点应用领域氧化还原法利用溶剂将石墨剥离成单层或少层石墨烯，适用于大规模生产。
液相剥离法碳化硅外延法电弧放电法激光诱导法通过高温处理碳化硅晶体，使其表面外延生长出石墨烯，适用于制备高质量石墨烯。
利用电弧放电产生的高温高压条件，将石墨转化为石墨烯，但产量较低。
利用激光束照射石墨表面，诱导出石墨烯，但设备成本较高。
石墨烯：改变ICT的神奇材料
特的隧道效应、光学性质、渗透性质等特性。
（见图ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1）
石墨烯具有超强的导电性，电子迁移率
.是A硅l的l 1R00i倍gh。t石s墨R烯e中se的r电ve子d在.轨道中移 图 1：单层石墨烯的“最强性质”
动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发 生散射，受到的干扰也非常小。因此电子的 运动速度超过了在其他金属单体或半导体中
Andre Geim 教授今年五月在深圳参加 2014 石墨烯 高峰论坛时表示，现在我们对石墨烯的认识，无论是 理论上还是实际应用上，还远远没有达到极限，还有 大量的未知概念、机理和技术需要突破，几乎每天都 有令人惊奇的新性质和新应用被提出来。预计三、五 年之内，石墨烯会有惊奇的应用。
中科院在发布的《科技发展新态势与面向 2020 年的战略选择》研究报告中也指出，未来 5 ～ 10
Frontier 前沿
石墨烯： 改变 ICT 的神奇材料
.石A墨ll烯R正ig在h成ts为ReICsTer产ve业d.的下一战场。掌握石
墨烯的开发应用技术，将是 ICT 企业未来在电 子设备市场竞争的关键
文 / 牛禄青
有 一种新材料，它可以使手机变得更薄可 折叠，有望将电子产品带入全新的柔性 时代；用其研发的“超级电容器”，其 充电速率远高于普通电池，一部 iPhone 手机充满 电仅需 5 秒钟；利用它制成的光学调制器，可将互 联网传输速度提升万倍，一秒钟内下载一部高清电 影……这种神奇的材料就是石墨烯。
想的单层石墨烯比表面积能够达到 2630 平方 米 / 克，而普通的活性炭的比表面积为 1500
֝ಣੱቋۚ
֝ಣ༢ඔۚղ8N·,đႪႿฏବܵ ېࣁބെđ൞੨֩ࣁඋ֥ඔП
平方米 / 克，这使得石墨烯可成为潜力巨大 的储能材料。
火热石墨烯犹存待解之题
第 四， 积 淀 不足 ， 方 向不清 ， 没有
就 缺乏 理论 指导 和 中长 期规划 ， 对石 墨 烯 应用 的方 向也 没有 清晰 的思 路 ，
重 复建设 、 盲 目上马 的现象 比比皆是 。 行业 迫切需要 科学家与企 业家联合起
杀 手级 应用 。 从２ ０ ０ ４ 年 发现 石墨 烯 的 存在 ， 到 今 天也 只 有 短 短 ｌ １ 年。 石 墨
应用 研究 与开 发， 才能将 制备 优势 转 化为应 用乃至产业 发展 优势 。 石 墨烯产业是 非常有活力 的朝 阳 产业 。 据不 完全统计 ， 目前我 国石 墨烯
展 的基石 和 先导 ， 对全 球 经济 、 科技、
环境等各 个领 域发展 产生深刻影 响”； 同时指 出， “ 中国 是石 墨 资源 大 国 ， 也 是石 墨烯研 究和应用开 发最活跃 的 国 家之一。 ” 近 年 来 已经 备 受 关 注 石 墨
４ 月成 功研 制 出柔性石 墨烯散 热薄膜 ，
可大幅度提 升笔记本 电脑 、 智 能手机 、 Ｌ ＥＤ显示 屏 的散热性 能 ， 推 出了我 国 首 个纯 石墨烯 粉 末产 品。 重庆 墨希 科
技 有 限公 司 （ 以下 简称 “ 重 庆墨 希” ） ， ２ ０ １ ５ 年３ 月２ 日与 嘉 乐 派科 技 有 限 公
烯涂 料 、 超级 电容器 、 透 明导 电膜等 等
肖洛夫和他的老师—— 安德烈 ・ 盖姆 ，
业 团队 ， 除少数 几家企业外 ， 销售 额大
都不超 过百 万量级 ； 而上市 公司 或投 资基金 参与的方 式主要是股权 投资或 项 目投 资 ， 大多数没有直 接参与 。 国 内
一
成 功从 石 墨 中分离 出石墨 烯 ， 证 实其 可 以单独存在 ， ２ 人 因此共 同获得 ２ ０ １ ０
石墨烯在复合材料领域的应用研究进展_张彩丽
95 合 成 树 脂 及 塑 料 ， 2016， 33 （5） ： CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS
石墨烯在复合材料领域的应用研究进展
张彩丽
（中国石油化工集团公司， 北京市 100728） 摘 要： 综述了近几年石墨烯的研究进展、 制备方法并分析比较了各种方法的优缺点。 物理法能得到高质量
［7］
5 5.1
石墨烯在复合材料领域的应用及研究方向 通常， 高分子材料表面电阻率大于1 012 Ω·cm， 抗静电塑料
抗静电包装材料要求表面电阻率为 107 ～ 1 011 量分数高达 15 %［10］ ， 对塑料制品的力学性能、 表
Ω·cm［9］ ， 通常使用碳黑作抗静电剂， 填充的质
2020年， 石墨烯全球市场价值将达到1万亿美元以 线图（2015 版）的总体目标是“ 2020 年形成百亿 产业规模， 2025年整体产业规模突破千亿”。 4 4.1 中国开展石墨烯研究的优势 雄厚的研发和销售力量 中国已成为世界最大的合成树脂和合成橡胶 年10月30日， 《中国制造2025》重点领域技术路
上， 2014—2020年， 年复合 碳黑易从基体中析
出， 从而造成电子器件短路等问题。 因此， 业界一 直在尝试使用具有更高导电性能的纳米碳材料 （如碳纳米管） 作为抗静电剂， 可以将石墨烯抗静 电塑料母粒作为研发方向。 5.2 电缆屏蔽树脂 随着国家输配电等级的提高， 尤其是电动汽 车的快速发展， 电网电流稳定性降低， 电缆中过氧 化物的放热和局部放电问题日益突出。 石墨烯拥 有良好的导电性、 导热性和高比表面积， 建议研 究机构重点开展电缆屏蔽树脂中石墨烯的添加比 例、 均匀分散等研究。 利用研发和生产机构重点 解决加工成型等难题， 快速形成专利， 并在电缆加 工和生产企业推广应用。 5.3 合成橡胶添加剂 美国Vorbeck Materials公司开发了 “Vor-x” 石
我国首套海底有缆观测系统布放成功
韩国 、日本等主 要的技术原创 国家 已逐 了 丰 富 的航 行 经 验 。
渐 形 成 技 术 优 势 和 竞 争 格 局 。 石 墨 烯
技 术 从 基 础 研 究逐 渐 向 应 用 研 发 拓 展
基 于 海 洋 观 测 站 的 海 底 有 缆 观 测 系统 经 过 布 放 安 装 和 调 试 目前 系统 运 行
稳定 、
西 北 航 道 具 体 是 指北 美 大 陆北 部 岸 经 加 拿 大 北 极 群 岛 水域 和 美 国 阿 拉
未 来 将 在 能 源 、 生 物 、电 子 学 等 多 个应 加 北 部 水 域 、连 接北 太 平 洋 和 北 大 西 泞 用 领 域 快 速 发展 。 报 告 》 提 到 论 文 的 海 上 通 道 ，相 较 于 经 巴 拿 马 运 河 连 掊 产 出的前 ５ ｔ ２国 ， 家 为 中国 （ 不 含 港 澳 台 东 北 亚 和 北 美 东 岸 的 传 统 航 线 航 程 缩 艇
了海 底 地 形 勘 测 收 集 了气 象 和 海 冰 榧
速 剖 面 、水 位 、温 度 、 盐 度 、波 浪 等 常 进 行 研 发 、 改 进 和 优 化 将 是 研 究 的 热 规 要 素 的 连 续 观 测 岸 基 供 电 实 时传 点 ．以提 高 并 最 大 限 度 地 发 挥 石 墨 烯 各 输 维 护 简 单 冬 季 可 以 实 现 冰 下 连 续 观 方 面 的优 异 性 能 。
心 和 美 国 化 学 文 摘 社 在 北 京联 合 发 布 了 森湾 沿途克服航道 曲折 、浮冰密集 、
《 全 球 科 技 趋 势 报 告 ：石 墨 烯 研 发 态 势 冰 山散 布 、 海 雾 频 现 、冰 区 夜 航 等 诸 多
燃起石墨“烯”望——记昆明理工大学材料科学与工程学院教授蔡金明
南人 ．他选择 了昆明理工大学作 为回国
下落 过程 中其表面 各处的气流速度
蔡金 明一直坚守着 内心 对凝聚态物 后 的事业开 启之地 ．不仅是 因为家乡情 昆明理
］ ．所 以即使无风 时纸片下落的路线 理 的 热 爱 ．在 昆 明理 工 大 学 这 块 热 土 上 结 ，更重要 的还 是学校本身 。
由于大气对太 阳光的散射作用 ．我 学与工程学 院教 授 ．他更想要 做的是利 所做博 士后 ，继 续从 事石墨烯的研究。
看 到 天 空 呈 现 出蔚 蓝 色 ； 由于 纸 片 用缜密与精确 的实验 去探究深 刻的物理 ５ 分 凸 凹 不 同 ．形 状 各 异 从 而 导 致 机制 ．并推广产学研的开发应用。 ２ ０ １ ５ 年 ．蔡 金 明 满 载 归 来 。 身 为 云
期 ．中科院物理研 究所的高鸿钧 院士受 邀 去做 关于纳米材料 的学术报告 ，一个
美 妙 的 微 观 世 界 在他 眼 前 展 开 ，从 此 他
的人生轨道 转向了纳米科学研究。 “ 我听 完报 告后就觉得很感兴 趣 ． 我 就 向 高老 师请 教有 关 纳 米 材料 的 问
题 。 ” 蔡 金 明说 道 。 大 四 的 时候 ．他 就 进 入 到 高 鸿 钧 院 士课 题 组 做 实 验 ．毕 业 后 ．他 被 免 试 保 送 到 高 老 师课 题 组 硕 博
一
直坚信一点 ： “ 做 科研 遇 到 困难 是 带异质 结 ．经检测 ．该 异质结具有基本 金 明看 来 ．做 学 术 发 挥 重 要 作 用 的 应 该
必 然 的 ．遇 到 困 难 不 要 气 馁 ．克服 它 就 半导体器件Ｐ 兴 趣 ” 两个 字 ．这 不 仅 体 现 在 蔡 金 Ｎ 结性能 ．这个 突破大 大推 是 “
关于防静电和防电磁辐射的石墨烯技术应用
降低成本
要实现石墨烯的大规模应用，必 须通过优化生产工艺和开发新的 制备方法，降低石墨烯的制造成
本。
石墨烯技术面临的挑战与解决方案
缺乏原创性
目前石墨烯领域的很多研究都是跟踪和模仿已有的工作，缺乏自主 创新和突破，需要加强基础研究和应用研究。
技术与实际应用脱节
由于石墨烯制备技术和应用技术的不成熟，导致很多研究成果无法 直接转化为实际应用，需要加强产学研合作和技术转化能力。
在航空航天领域，石墨烯防静电材料可防 止静电积累导致潜在的安全隐患。
石油化工管道
汽车内饰
石油化工管道中传输的易燃易爆物质在摩 擦起电时可能导致严重事故，石墨烯防静 层，可 避免乘客因摩擦起电而遭受电击。
03
CATALOGUE
石墨烯在防电磁辐射方面的应用
剥离法
使用机械或化学方法将石 墨烯从石墨表面剥离。
石墨烯的应用领域
防静电和防电磁辐射
石墨烯的导电性能可以有效地导走静电荷，起到防静电的作用；同时，其良好 的透明性和柔韧性，使其在防护眼镜、护目镜等领域具有广泛的应用前景。
能源领域
石墨烯的热导率和电导率较高，可用于制造高效的电池和超级电容器；同时， 其良好的机械性能和化学稳定性使其在制造高效储能器件方面具有很大的潜力 。
石墨烯防辐射服
利用石墨烯材料制作而成的防辐 射服可以有效地减少电磁辐射对 孕妇和胎儿的影响。
石墨烯防辐射涂料
将石墨烯涂层涂覆在电器设备表 面，可以有效地吸收和反射电磁 辐射，保护使用者的健康。
石墨烯防辐射复合
材料
利用石墨烯与其他材料的复合， 可以制备出具有防电磁辐射性能 的复合材料，广泛应用于各种电 器设备中。
石墨烯的轻薄和柔韧特性使其在穿 戴和防护领域具有广泛的应用前景 。
浅谈石墨烯产业化应用现状与发展趋势
容涵 盖 了从 制 备到应 用 的各个 方面 。 各 国科 研 机 构 和企 业 均 争 相提 前 布
家报道 ， 用 胶带 从石 墨 中剥 离 出单层
代 半导 体信 息工 业 的基 础材 料 。 特
局， 以期 在未 来石 墨烯 产业 中 占据 主
动或抢得 先机 。 各 国政府 也开始十分 关注石墨烯 的研 究进 展 ， 加大 了石 墨烯 研究 的支
烯 微片和石墨 烯薄膜 ２ 类 产 品 的 产
业化。 美 国的Ｖｏ ｒ ｂ ｅ ｃ ｋ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ 公
可见 ， 石 墨烯微 片的应用效果 明显 。
烯” 企业 ， 其 中， 江 南石 墨烯 研 究 院率 先推 出石 墨烯产业创新 集群发展 的新 模 式。 石 墨烯 微 片 的代表性 生 产企 业 包括 宁 波墨 西科 技有 限公 司 、 四川 金
， 并发 现这 种 已知 的 最薄 、 最 坚硬 的纳米 材料 具有异 常独 特 的 物理 性 质 ： 透光率达 ９ ７ ． ７ ％； 导
热系数高达 ５ ３ ０ ０ Ｗ／ ｍ・ Ｋ（ 高于碳纳 米管和金 刚石 ） ； 常温下其 电子迁移率
别是在 石墨烯 的 ２ 位 发现者获得 ２ ０ １ ０ 年诺 贝 尔物理 学奖 后 ， 全世 界 的科学
（ 比铜 或银更低 ， 为 目前 已知 电阻率最 小 的 材料 ） ； 以及 能够 在 常温 下 观察 到石 墨烯 的量 子霍 尔效应 。 这 些奇特
２ ０ １ ２ 年 一年 就超过 了 ６ ０ ０ ０ 篇。 与此 同 时， 全 球石 墨烯 专利 申请 也 已进 入 了
高峰期， 申请 总数 已超 过 ４０ ０ ０ 件， 内
超过 １ ５ Ｏ ０ ０ ｃ ｍ ／ Ｖ－ Ｓ （ 比纳米 碳 管 或
石墨烯：开启碳时代？
月２ ０ Ｅ ｌ 晚 公告 称 ，其 以 石灰 石 为 原 克 表 示 ，过 去 几 年 中 ，亚 洲 地 区 特 权 的石 墨 烯 低 成本 规 模 化 制 备技 术 ，
别 是 韩 国 和 中 国 的石 墨 烯 专 利 活 动 并 建 立 了 吨 级 规 模 的 中 试 生 产 线 。 料 制 备 石 墨 烯 的方 法 ，近 日收 到 国
江苏走在了全国前列。 ２ ０ １ ０ 年７ 月，
ｌ前 ，石 墨 烯 产 业 基 地 已成 近 日确 认 ，２ ０ １ ２年 ７月 公 司 获 得 有 泰州成立 了国 内首个专 业 的石墨 烯 亿 元 。 Ｅ
新材料公 司，目 前 已具备较大规模。
功落户重 庆，将力 争在一年 内建成
一
项 “ 含石 墨烯 的橡胶绝缘 电缆 ”
０ ０ ０ 万片 的 有 效 专 利 ；金 路 集 团与 中 科 院 金 ２ ０ １ １ 年 １ ０ 月 ，常州 成 立 了 江南 石 墨 首期生产线并投产 ，形成 １
烯 研究 院，为 国内首个基 于石墨烯 石 墨烯 产 能 。
属研 究所合作 开发 的 “ 石墨烯材 料
为 此 ，上 海 南 江 集 团 将 与 中 科 院重 ２ ０ １ ２ 年 ７月 ，华 丽 家 族 确 认 控 股 股
庆研究 院共 同推进 “ 大 面积单层石 东 南 江 集 团 正 在 投 建 世 界 上 第 一 条 墨烯产业化项 目”，前期投资达 ２ ． ６ ７ 量 产 石 墨 烯 生 产 线 ； 中超 电 缆 也 于
３—
５月 １ ８日，中国首条年产 ３万平方米石 墨烯薄 膜 生产线 投产暨 石墨烯手 机触摸屏 新品发 布会 在 常州 举行 ，这标 志着 中国在石墨 烯产业 化应 用方 面迈 出了关键性的一步。
国外石墨烯研发政策概览_万勇
美国国家自然科学基金会 （N S F）开展了多项有关石墨烯的研 发 项 目，初 步 检 索 发 现，正 在 实 施 的 项目有 300多项，大多数资助额度介 于 10万 ～50万 美 元 之 间。如 密 歇 根 大学承担的“石墨烯和碳纳米管材料 连 续 和 大 规 模 纳 米 制 造”项 目，源 于
欧 盟“未 来 新 兴 技 术 旗 舰 项 目” 启动于 2009年，2011年从收集到的 23 个提案中遴选出 6个进行最终角逐。 2013年初，石墨烯项目成为最终获胜 的 2个项目之一，将获得 10年共计 10 亿欧元的资金支持，由瑞典Chalmers大 学Jari Kinaret教授领导，研发力量包括 100多个研究团队，主要研究人员有 136 人（包括 4位诺贝尔奖获得者 ：Geim、 Novoselov、Fert、Klaws von Klitzing）。 该项目已在 2013年 10月正式启动，分为 2个阶段 ：第七框架计划下为期 30个月 （2013年 10月 1日至 2016年 3月 31日）的 起步阶段 ；地平线 2020计划下的稳定 阶段（2016年 4月 1日起）。
关 注 FOCUS
国外石墨烯研发政策概览
■ 文 / 万 勇 马廷灿 冯瑞华 姜 山 黄 健 中国科学院武汉文献情报中心
石墨烯是由排列与石墨单原子 等都部署了相关研究项目，资助石墨 半导体物理中心、法国原子能机构、法
层 一 样 的 碳 原 子 构 成 的 二 维 晶 体。 烯技术的研发。
国意法半导体公司、爱尔兰科克大学
石墨烯的几种主流制作方法
石墨烯的几种主流制作方法
注：前面已有多篇文章介绍过石墨烯及其应用领域，工作原理等，这里
不再复述，本篇主要讲石墨烯的制作方法。
针对原料和用途的不同，相应的有几种不同方法。
通常来讲有气相沉积法，氧化还原法，插层法。
气象沉积法主要是含碳气体（甲烷、依稀），在一定的温度和压力条件下，碳原子在生长基上附着，形成单层碳结构物质并逐渐生长。
优点：所得石墨烯结构好，尺寸不受原料的限制。
缺点：制备过程复杂，生产效率低。
氧化还原法是利用氧化剂将石墨逐层氧化，利用超声等方式将已氧化的层剥离。
之后，利用还原剂将氧化石墨层还原，即得到石墨烯。
优点：成本低廉，生产效率较高。
缺点：制得石墨烯的尺寸由原料决定，所用氧化剂和还原剂有污染环境的可能。
插层法是将插层物质填充到石墨的层间隙中，比以此克服层间范德华力，使得各层分散开，从而得到石墨烯。
该方法仍处于研发阶段。
微机械剥离法石墨烯首先由微机械剥离法制得。
微机械剥离法即是用透明胶带将高定向热解石墨片按压到其他表面上进行多次剥离，最终得到单层或数层的石墨烯。
2004 年，Geim，Novoselov 等就是通过此方法在世界上首次得到了单层石墨烯，证明了二维晶体结构在常温下是可以存在的。
微机械剥离方法操作简单、制作样本质量高，是当前制取单层高品质石墨烯的主要方法。
但其可控性较差，制得的石墨烯尺寸较小且存在很大的不确定性，同时效率低，成本高，不适合大规模生产。
外延生长法外延生长方法包括碳化硅外延生长法和金属催化外延生。
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石墨烯技术优势
一，产品的特点及优势
✧产品显微结构可控，性能特性优；
✧大批量出货，产品性价比极具竞争力；
✧多样化全系列开发，多品种类型满足不同应用需求；
✧可广泛应用于国内外终端厂商，可靠性和稳定性久经市场考验；
✧国内、国外发明等专利保护。
二，核心技术及创新性
采用精细化绿色环保生产技术，以石墨粉为主要原料，通过合成制备工艺优化控制，获得氧化石墨烯材料；再借助高速离心分离、超声粉碎等先进科学手段，获得显微结构可控的氧化石墨烯。
在此基础上，进一步通过紫外辐照、热还原、基团取代等技术，获得不同性能的石墨烯材料产品。
生产工艺流程示意图如图1所示。
生产工艺流程示意图
核心技术创新点：
1）石墨烯材料的精细化绿色环保生产技术
在石墨烯新材料的生产技术方面，本项目团队已经拥有了具有自主知识产权的成熟的精细化绿色环保生产技术，基于化学酸碱度平衡原理（已申请国家发明专利），可以确保在石墨烯材料的生产过程中，实现零污染、低能耗、高效率。
该技术属于本项目的重要创新点之一。
2）石墨烯材料显微结构的精准构筑技术
在石墨烯材料显微结构研发方面，本项目团队已经拥有了具有自主知识产权的成熟的精准构筑技术，通过化学氧化还原或物理外力辅助技术方法，能够实现石墨烯材料显微结构的高精度调控，可满足不同的应用目标需求。
该技术亦属于本项目的重要创新点之一。
3）石墨烯材料物化性能的优化调控技术
在石墨烯材料物化性能研究方面，本项目团队也已经掌握了系列成熟的、且具有自主知识产权的优化调控技术，结合掺杂取代、物化还原等先进手段，能够实现石墨烯材料乃至其对应的产品的物理化学等性能的高水平设计，研发的高性能石墨烯产品可满足不同层次，特别是高等级应用的不同需求。
该技术亦属于本项目的重要创新点之一。