太阳能文学期刊（太阳能相关论文）(7)-太阳能学报

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太阳能文学期刊（太阳能相关论文）(7)

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他使用透明胶带拉出越来越薄的石墨层，然后溶解胶带，这最终给他留下了石墨烯的第一个实例。

2004年，海姆和他的研究同事科斯坦丁·诺沃塞洛夫(Kostantin Novoselov)发表了一篇关于这一发现的学术论文，这篇论文后来成为物理学领域被引用最广泛的论文之一。由于这项工作，他和诺沃塞洛夫在2010年获得了诺贝尔物理学奖。

石墨烯的性质

石墨烯是由紧密结合在一起的碳原子组成的六角形晶格。它的sp2杂化-碳原子之间的双键，加上它特别薄的原子厚度，燃料其特殊的性质。

它如此有效地传导电和热的能力被认为是碳键非常小而强的作用。石墨烯由奇异的碳原子组成，除了重量极轻之外，它还非常薄，实际上是二维的。

石墨烯的优点

石墨烯的优点与其性质紧密相关，这使得它作为生产多种商业产品的原材料极具吸引力。简而言之，石墨烯的主要优点在于其高导电性——导电性是硅的200倍，导热效率也非常高;

薄-足够被认为是透明的二维材料；强度——大约是钢的200倍;而且柔韧，同时保持其强度和导电性。

石墨烯生产

石墨烯的制备方法主要有四种：机械剥离法、外延法、化学气相沉积法和氧化还原法。

机械剥离法

石墨烯的学术和商业应用，即机械剥离，是对海姆和诺沃塞洛夫首次生产石墨烯过程的改进。它生产不同大小(粉末形式)的薄片，这些薄片在体积上被认为是天然石墨烯。这些很容易在聚合物、涂料和润滑剂生产中得到应用。还存在液相剥落，即石墨悬浮在液体中，然后暴露在高频声波下，形成石墨烯薄片。

外延生长法

通过外延(也称为化学气相沉积或CVD)生产石墨烯，需要在气态大气中对碳化硅、镍、铜或铱等表面进行热处理，从而将基底还原为石墨烯。它生产了一种石墨烯薄膜(被认为是合成石墨烯)，这种薄膜不含天然石墨烯中的杂质，易于用作各种电子应用，甚至可能用于服装。这也是两种方法中比较昂贵的一种。

化学气相沉积法

将碳氢化合物甲烷、乙醇等通入到高温加热的金属基底表面，反应持续一定时间后进行冷却，冷却过程中在基底表面便会形成数层或单层石墨烯。制备所需条件苛刻，需要高温高真空。成本高，生长完成后需要腐蚀铜箔的到石墨烯。

氧化还原法

先用强氧化剂浓硫酸、浓硝酸、高锰酸钾等将石墨氧化成氧化石墨，氧化过程即在石墨层间穿插一些含氧官能团，从而加大了石墨层间距，然后经超声处理一段时间之后，就可形成单层或数层氧化石墨烯，再用强还原剂水合肼、硼氢化钠等将氧化石墨烯还原成石墨烯。

石墨烯的商业用途

虽然石墨烯仍然是一种相对较新的材料，但许多公司都在竞相采用它。这些公司包括但不限于三星(Samsung)、IBM、华为、谷歌、SanDisk和苹果(Apple)等大牌电子产品，这些公司正在寻找将其整合到产品中的方法。2013年，一份英国知识产权专利报告指出，三星在石墨烯相关专利方面领先所有公司，全球共有405项。基于英国的应用石墨烯技术和其他技术，正在迅速扩大其石墨烯的研究和生产，以满足需求。

石墨烯应用的挑战

石墨烯商业化应用面临的最大挑战是生产成本。石墨烯的制造过程本身还处于初级阶段，虽然它们可以可靠地生产石墨烯，但它们还需要进一步细化，以降低价格。另一个重大挑战是石墨烯是一种良导体，无法被切断。它缺乏所谓的带隙，这意味着它不能用于电力系统;然而，最近的研究已经看到了解决这个问题的有希望的进展。

石墨烯市场的预期增长

大多数专家认为石墨烯具有巨大的潜力。不仅公司和大学竞相获取专利，石墨烯广泛的潜在应用也确保了需求将继续增长。

2013年，欧盟就宣布计划为石墨烯研究提供10亿欧元的资金，该研究将在未来10年推动创新和就业增长。

石墨烯的当前和潜在应用

企业和学术研究人员的热情是可以理解的。石墨烯目前和潜在的应用是惊人的，可能会给许多产品、市场和领域带来革命性的变化。

这些包括：

医学

应用包括生物电传感器和生物成像设备的发展，药物和基因传递，更有效的强效消毒剂，以及DNA测序——当然，还有待安全和临床试验。

人工植入物也在探索中，它将直接连接到你的神经系统，利用石墨烯的导电特性。

石墨烯还可用于生产更有效的脊柱外科设备。

计算

石墨烯可以从根本上提高计算机芯片的处理能力。2014年1月，IBM宣布他们已经制造出比标准芯片快1万倍的石墨烯芯片。由于石墨烯的带隙，这是一个模拟芯片，而不是数字芯片。但未来的研发很可能会给我们带来基于石墨烯的cpu，其功能比我们目前的设备强大几个数量级，能耗更低。

文章来源：《太阳能学报》网址: http://www.tynxbzz.cn/zonghexinwen/2022/1212/1950.html