石墨烯制备方法及应用行业领域介绍
石墨烯以其高强度、高导电性、极轻薄等优势,使其在电子、航天、军工、生物、新能源、半导体等领域具有广阔的应用潜力，成为国际上的研究热点和竞争焦点。工业化石墨烯应用产业实践，是从两个层面进行阐述的，第一个层面是指石墨烯是工业化宏量生产的，第二个层面是指石墨烯走出实验室，真正进入产业方面的应用实践。石墨烯的这些性质是一个微片所体现出的，大量的宏观的石墨烯微片是不具有这样的性质。
石墨烯拥有其它材料所不具备的特殊性能，主要体现在以下几个方面：
1、特殊的隔气透水的性能。虽然石墨烯只有一个原子厚，但是它对绝大多数气体、蒸汽和液体都具有极好的抗透性，而石墨烯改性后的薄膜却对水分子却具有良好的透过性。
2、极高的导热性。石墨烯理论热导率可高达6 000 w/（m·k），比目前天然材料中热导率最高的金刚石还要高1.5倍。
3、优良的机械性能。实验检测到的石墨烯杨氏模量高达1.0tpa，而其断裂强度高达42n/m，是钢的200倍，与此同时，它拥有很好的韧性，可以弯曲。石墨烯是目前为止人类已知的硬度最高的物质。
4、超大比表面积。石墨烯比表面积的理论预测值为2 600m2/g。超大的比表面积使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。
5、优异的电学性能。石墨烯稳定的晶格结构决定了它优异的导电性，它的电子迁移率最高可达200 000cm2/（v·s），是当前广泛使用的硅材料的102～103倍，远远超过其他半导体材料。石墨烯是目前已知导电性最出色的材料。
二、石墨烯的制备技术介绍
目前在工业上熟知的主流制备石墨烯的方法主要有化学气相沉积法、插层石墨法和氧化还原法等。
1. 氧化还原法
氧化还原法是目前公认的最容易实现石墨烯工业化生产的方法。其基本原理是以石墨为原料，先在溶液中用强酸处理成石墨插层化合物，然后加入强氧化剂对其进行氧化，在石墨烯表面引入含氧官能团，得到能够在溶液中分散的氧化石墨烯，最后通过各种还原法将其还原得到不同片径大小的石墨烯粉体和分散液。此法成本低廉，制备工艺简单。考虑到还原的彻底性，石墨烯片层中存在一定量的含氧官能团。
2. 插层石墨法
通过对天然石墨片层中插入一些分子、离子或者原子团后形成一种膨胀石墨，然后对其进行加热膨胀或者超声震荡处理后得到厚度为几十纳米左右的石墨烯纳米片。该工艺的优点在于生产过程较为简单，适合大规模生产制备；但在插层过程中会不可避免地在石墨烯片层上形成一些缺陷和官能团。
3. 化学气相沉积法
化学气相沉积法是目前工业上应用最广泛的一种规模化沉积半导体薄膜的制备技术。加热各种碳源气体、液体甚至固体材料至一定温度后，碳原子会在一些金属表面生成石墨烯。此法工艺简单，但现阶段较高的综合制造成本以及精确的控制加工条件制约了化学气相沉积（cvd）法制备石墨烯的发展。
石墨烯的最新应用领域
1. 石墨烯光致电推动现象
石墨烯光致电推动现象是中国在石墨烯应用领域探索中获得的重大发现，非常值得骄傲。
对于石墨烯光致电推动的机理，目前并没有非常合理的原理解释。《nature》上有一篇文章对此的解释说法如下所述：石墨烯由于其狄拉克锥形和零间隙的能带结构而具有独特的光电性质，能够有效吸收任何波长的光，而石墨烯很容易弹射热载流子，电子弹射的方向是激光束入射的反方向，这导致了其推动石墨烯海绵的方向与激光照射方向相同。
2 .石墨烯润滑油改进剂
石墨烯润滑油改进剂是一款比较贴近民生的石墨烯应用产品。石墨烯润滑油改进剂是将基础油作为载体与石墨烯粉体充分混合，充分发挥石墨烯本身的润滑性能，可以提升汽车动力，减少燃油的使用。通过长期的道路测试发现平均可节省燃油7%～8%。
石墨烯在摩擦表面形成保护层，并在摩擦过程中形成有助于降低摩擦系数的纳米球体，石墨烯的自分散性能和不易团簇性，这是其摩擦系数持续稳定且数值较低的主要原因。石墨烯不仅减少了摩擦腐蚀，而且还有利于减少摩擦磨损。因此，石墨烯是一种极具潜力的润滑油添加剂。
3.石墨烯改性塑料
塑料种类繁多，而石墨烯与不同种类的塑料复合，其发挥的作用不外乎3个方面：增加强度、增强导热性和增强导电性。可根据使用石墨烯改性塑料的用途，通过控制石墨烯的添加量，使其达到不同的效果。将石墨烯少量地添加在高分子聚合物中，就能有效地改善母体材料的力学性能；随着石墨烯添加量的增加，聚合物体内逐渐形成了导热网链，使得复合材料的热导率大大提高；再增加其添加量，石墨烯在聚合物基体中形成良好的导电网络而成为极具潜力的导电填料。
石墨烯改性导电塑料 能达到人体皮肤的导电效果，虽然电导率不高，却能够有效地防护静电，因此石墨烯在静电防护领域的应用前景也是非常广阔的。石墨烯的加入可以显著提升塑料的导电性能，但其导电性却无法与铁片相比。因此，在利用石墨烯进行导电方面的应用时，要有分辨性和选择性。
4. 石墨烯改性锂电电极
石墨烯在锂电池领域，是应用于电极材料中，并非作为普通的导电剂与电极材料混合。采用原位聚合方法使得电极材料包裹住石墨烯，其中石墨烯起到骨架支撑的作用，避免了电极材料在充放电方面过程中晶格的坍塌造成电池寿命的下降，另外石墨烯具有一定的导电性，能够加快充放电速度。
在改性锂电池电极材料中（如图10所示），石墨烯的加入一方面能够提高能量密度20%左右，另外一方面显著提高了锂电池的循环寿命。
石墨烯作为一种基础的纳米材料，其独特的性能致使其可被应用于80多个领域，它是一种技术含量非常高、应用潜力非常广泛的碳材料，在光伏、储能、军工、显示等传统领域和新兴领域都将带来革命性的技术进步。
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强度，另一方面可以提高涂料的导热性。除此之外，石墨烯在防腐方面也有实践应用，如海洋、盐湖、风电等领域。
在使用过程中，石墨烯片层的共轭结构，在涂层中层层叠加形成致密的隔绝层，即形成致密膜，阻隔水分对涂膜的浸润与渗透；由于石墨烯具有一定的导电性，可以破坏金属表面的原电池反应；石墨烯具有一定的抗菌或杀菌的性质，可以抑制海洋微生物对金属的腐蚀作用。基于以上3个性质，石墨烯在防腐涂料领域具有非常广阔的应用前景，可广泛应用于海洋工程、交通运输、大型工业设备及市政工程设施等领域的涂装保护。
6.石墨烯改性超电炭
石墨烯具有独特的二维结构和出色的物理特性，使其在超级电容器中的应用具有极大的潜力，可有效改善电荷吸附材料。通过添加少量的石墨烯，可以在超电用活性炭中形成三维导电网络，提升超级电容的倍率性能，其比电容得到显著提升。经过大量实际测试，比电容最大提升20%左右，而20%也是石墨烯改性超电炭的极限值，这个效果已经可以使得工业用超级电容器更新换代了。
7. 石墨烯改性活性炭
石墨烯对活性炭进行改性，在不破坏活性炭内部结构的情况下，增加了活性炭表面官能团的含量，增加了活性炭的表面活性位点，进而提高了活性炭对有毒气体的通用性和吸附量。另外，石墨烯本身也是一种性能良好的吸附剂，石墨烯海绵结构允许污染物在它的孔状间隙中扩散，具有良好的吸附性能。
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