石墨烯以其高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、極輕薄等優(yōu)勢(shì),使其在電子、航天、軍工、生物、新能源、半導(dǎo)體等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用潛力，成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)和競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。工業(yè)化石墨烯應(yīng)用產(chǎn)業(yè)實(shí)踐，是從兩個(gè)層面進(jìn)行闡述的，第一個(gè)層面是指石墨烯是工業(yè)化宏量生產(chǎn)的，第二個(gè)層面是指石墨烯走出實(shí)驗(yàn)室，真正進(jìn)入產(chǎn)業(yè)方面的應(yīng)用實(shí)踐。石墨烯的這些性質(zhì)是一個(gè)微片所體現(xiàn)出的，大量的宏觀的石墨烯微片是不具有這樣的性質(zhì)。

石墨烯擁有其它材料所不具備的特殊性能，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、特殊的隔氣透水的性能。雖然石墨烯只有一個(gè)原子厚，但是它對(duì)絕大多數(shù)氣體、蒸汽和液體都具有極好的抗透性，而石墨烯改性后的薄膜卻對(duì)水分子卻具有良好的透過(guò)性。

2、極高的導(dǎo)熱性。石墨烯理論熱導(dǎo)率可高達(dá)6 000 W/（m·K），比目前天然材料中熱導(dǎo)率最高的金剛石還要高1.5倍。

3、優(yōu)良的機(jī)械性能。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到的石墨烯楊氏模量高達(dá)1.0Tpa，而其斷裂強(qiáng)度高達(dá)42N/m，是鋼的200倍，與此同時(shí)，它擁有很好的韌性，可以彎曲。石墨烯是目前為止人類已知的硬度最高的物質(zhì)。

4、超大比表面積。石墨烯比表面積的理論預(yù)測(cè)值為2 600m2/g。超大的比表面積使得石墨烯成為潛力巨大的儲(chǔ)能材料。

5、優(yōu)異的電學(xué)性能。石墨烯穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)決定了它優(yōu)異的導(dǎo)電性，它的電子遷移率最高可達(dá)200 000cm2/（V·s），是當(dāng)前廣泛使用的硅材料的102～103倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他半導(dǎo)體材料。石墨烯是目前已知導(dǎo)電性最出色的材料。

二、石墨烯的制備技術(shù)介紹

目前在工業(yè)上熟知的主流制備石墨烯的方法主要有化學(xué)氣相沉積法、插層石墨法和氧化還原法等。

1. 氧化還原法

氧化還原法是目前公認(rèn)的最容易實(shí)現(xiàn)石墨烯工業(yè)化生產(chǎn)的方法。其基本原理是以石墨為原料，先在溶液中用強(qiáng)酸處理成石墨插層化合物，然后加入強(qiáng)氧化劑對(duì)其進(jìn)行氧化，在石墨烯表面引入含氧官能團(tuán)，得到能夠在溶液中分散的氧化石墨烯，最后通過(guò)各種還原法將其還原得到不同片徑大小的石墨烯粉體和分散液。此法成本低廉，制備工藝簡(jiǎn)單?？紤]到還原的徹底性，石墨烯片層中存在一定量的含氧官能團(tuán)。

2. 插層石墨法

通過(guò)對(duì)天然石墨片層中插入一些分子、離子或者原子團(tuán)后形成一種膨脹石墨，然后對(duì)其進(jìn)行加熱膨脹或者超聲震蕩處理后得到厚度為幾十納米左右的石墨烯納米片。該工藝的優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)過(guò)程較為簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)制備；但在插層過(guò)程中會(huì)不可避免地在石墨烯片層上形成一些缺陷和官能團(tuán)。

3. 化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種規(guī)?；练e半導(dǎo)體薄膜的制備技術(shù)。加熱各種碳源氣體、液體甚至固體材料至一定溫度后，碳原子會(huì)在一些金屬表面生成石墨烯。此法工藝簡(jiǎn)單，但現(xiàn)階段較高的綜合制造成本以及精確的控制加工條件制約了化學(xué)氣相沉積（CVD）法制備石墨烯的發(fā)展。

石墨烯的最新應(yīng)用領(lǐng)域

1. 石墨烯光致電推動(dòng)現(xiàn)象

石墨烯光致電推動(dòng)現(xiàn)象是中國(guó)在石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域探索中獲得的重大發(fā)現(xiàn)，非常值得驕傲。

對(duì)于石墨烯光致電推動(dòng)的機(jī)理，目前并沒(méi)有非常合理的原理解釋。《Nature》上有一篇文章對(duì)此的解釋說(shuō)法如下所述：石墨烯由于其狄拉克錐形和零間隙的能帶結(jié)構(gòu)而具有獨(dú)特的光電性質(zhì)，能夠有效吸收任何波長(zhǎng)的光，而石墨烯很容易彈射熱載流子，電子彈射的方向是激光束入射的反方向，這導(dǎo)致了其推動(dòng)石墨烯海綿的方向與激光照射方向相同。

2 .石墨烯潤(rùn)滑油改進(jìn)劑

石墨烯潤(rùn)滑油改進(jìn)劑是一款比較貼近民生的石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品。石墨烯潤(rùn)滑油改進(jìn)劑是將基礎(chǔ)油作為載體與石墨烯粉體充分混合，充分發(fā)揮石墨烯本身的潤(rùn)滑性能，可以提升汽車動(dòng)力，減少燃油的使用。通過(guò)長(zhǎng)期的道路測(cè)試發(fā)現(xiàn)平均可節(jié)省燃油7%～8%。

石墨烯在摩擦表面形成保護(hù)層，并在摩擦過(guò)程中形成有助于降低摩擦系數(shù)的納米球體，石墨烯的自分散性能和不易團(tuán)簇性，這是其摩擦系數(shù)持續(xù)穩(wěn)定且數(shù)值較低的主要原因。石墨烯不僅減少了摩擦腐蝕，而且還有利于減少摩擦磨損。因此，石墨烯是一種極具潛力的潤(rùn)滑油添加劑。

3.石墨烯改性塑料

塑料種類繁多，而石墨烯與不同種類的塑料復(fù)合，其發(fā)揮的作用不外乎3個(gè)方面：增加強(qiáng)度、增強(qiáng)導(dǎo)熱性和增強(qiáng)導(dǎo)電性?？筛鶕?jù)使用石墨烯改性塑料的用途，通過(guò)控制石墨烯的添加量，使其達(dá)到不同的效果。將石墨烯少量地添加在高分子聚合物中，就能有效地改善母體材料的力學(xué)性能；隨著石墨烯添加量的增加，聚合物體內(nèi)逐漸形成了導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，使得復(fù)合材料的熱導(dǎo)率大大提高；再增加其添加量，石墨烯在聚合物基體中形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)而成為極具潛力的導(dǎo)電填料。

石墨烯改性導(dǎo)電塑料 能達(dá)到人體皮膚的導(dǎo)電效果，雖然電導(dǎo)率不高，卻能夠有效地防護(hù)靜電，因此石墨烯在靜電防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景也是非常廣闊的。石墨烯的加入可以顯著提升塑料的導(dǎo)電性能，但其導(dǎo)電性卻無(wú)法與鐵片相比。因此，在利用石墨烯進(jìn)行導(dǎo)電方面的應(yīng)用時(shí)，要有分辨性和選擇性。

4. 石墨烯改性鋰電電極

石墨烯在鋰電池領(lǐng)域，是應(yīng)用于電極材料中，并非作為普通的導(dǎo)電劑與電極材料混合。采用原位聚合方法使得電極材料包裹住石墨烯，其中石墨烯起到骨架支撐的作用，避免了電極材料在充放電方面過(guò)程中晶格的坍塌造成電池壽命的下降，另外石墨烯具有一定的導(dǎo)電性，能夠加快充放電速度。

在改性鋰電池電極材料中（如圖10所示），石墨烯的加入一方面能夠提高能量密度20%左右，另外一方面顯著提高了鋰電池的循環(huán)壽命。

石墨烯作為一種基礎(chǔ)的納米材料，其獨(dú)特的性能致使其可被應(yīng)用于80多個(gè)領(lǐng)域，它是一種技術(shù)含量非常高、應(yīng)用潛力非常廣泛的碳材料，在光伏、儲(chǔ)能、軍工、顯示等傳統(tǒng)領(lǐng)域和新興領(lǐng)域都將帶來(lái)革命性的技術(shù)進(jìn)步。

5.石墨烯改性涂料

石墨烯在涂料方面，一方面可以提高涂料的強(qiáng)度，另一方面可以提高涂料的導(dǎo)熱性。除此之外，石墨烯在防腐方面也有實(shí)踐應(yīng)用，如海洋、鹽湖、風(fēng)電等領(lǐng)域。

在使用過(guò)程中，石墨烯片層的共軛結(jié)構(gòu)，在涂層中層層疊加形成致密的隔絕層，即形成致密膜，阻隔水分對(duì)涂膜的浸潤(rùn)與滲透；由于石墨烯具有一定的導(dǎo)電性，可以破壞金屬表面的原電池反應(yīng)；石墨烯具有一定的抗菌或殺菌的性質(zhì)，可以抑制海洋微生物對(duì)金屬的腐蝕作用?；谝陨?個(gè)性質(zhì)，石墨烯在防腐涂料領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景，可廣泛應(yīng)用于海洋工程、交通運(yùn)輸、大型工業(yè)設(shè)備及市政工程設(shè)施等領(lǐng)域的涂裝保護(hù)。

6.石墨烯改性超電炭

石墨烯具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和出色的物理特性，使其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用具有極大的潛力，可有效改善電荷吸附材料。通過(guò)添加少量的石墨烯，可以在超電用活性炭中形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提升超級(jí)電容的倍率性能，其比電容得到顯著提升。經(jīng)過(guò)大量實(shí)際測(cè)試，比電容最大提升20%左右，而20%也是石墨烯改性超電炭的極限值，這個(gè)效果已經(jīng)可以使得工業(yè)用超級(jí)電容器更新?lián)Q代了。

7. 石墨烯改性活性炭

石墨烯對(duì)活性炭進(jìn)行改性，在不破壞活性炭?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，增加了活性炭表面官能團(tuán)的含量，增加了活性炭的表面活性位點(diǎn)，進(jìn)而提高了活性炭對(duì)有毒氣體的通用性和吸附量。另外，石墨烯本身也是一種性能良好的吸附劑，石墨烯海綿結(jié)構(gòu)允許污染物在它的孔狀間隙中擴(kuò)散，具有良好的吸附性能。