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【超级材料突围战开启，中国已抢占先机？石墨烯究竟是什么？】
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纵观人类的发展史 ， 就会发现不少突破性的进步本质上都与新能源和材料的发现有关系 。 而距离石油的规模筛查以及使用已经过去了近百年时间 ， 这就意味着 ， 该有新能源和新材料出来接替它的位置了 。
全球能源消费结构示意图
咱们今天要介绍的这种材料就是可能引领新时代的石墨烯 。 据悉 ， 像这类超级材料的突围战其实早就开启 ， 而中国也已抢占了先机 。
那么 ， 你知道什么是石墨烯吗？网上说的石墨烯时代即将来临又是否是真的呢？
“新材料之王”石墨烯
石墨烯到底是什么？首先咱们先来简单介绍一下石墨烯 ， 作为一种全新的材料 ， 它确实足够新 ， 因为科学家是在2004年才发现它的 。
当时英国曼彻斯特大学的两位科学家在不断分割石墨薄片的过程当中 ， 剥离出了仅由一层碳原子构成的薄片 ， 也就是咱们今天所说的石墨烯 。
发现石墨烯的两位科学家
在不少人看来 ， 不就是“切片”吗 ， 这好像也没什么困难的 。 事实上 ， 在后续的实验当中 ， 科学家找到了更多的石墨烯制备方法 。 这“切片”工作确实没多难 ， 但是石墨烯之所以能成为科学领域的“香饽饽” ， 重点在于它本身 ， 而不是“切片工艺” 。
毫不夸张地说 ， 地球上最不缺的就是碳材料了 ， 并且碳也十分神奇 ， 它既能形成最坚硬的金刚石 ， 又能形成最软的石墨 。
“上帝元素”碳元素
在这种情况下 ， 英国科学家发现石墨烯掀起了新的热潮 ， 因为它的基本结构单元是有机材料当中最稳定的苯六元环 ， 所以毫无悬念的成为了目前最理想的二维纳米材料 。
从本质上来说 ， 石墨烯就是由一层密集的碳原子组成的 ， 是人类发现的最薄的二维材料 ， 厚度为0.3354纳米 。 在有了这种特殊结构的情况下 ， 石墨烯拥有了许多区别于其它材料的特性 。
石墨烯的化学结构示意图
比如石墨烯的导热性非常强 ， 导热率可以达到达5000 W·m?1·K?1 ， 是金刚石的3倍 。 还有它的强度也非常惊人 ， 轻松达到了钢的100多倍 。 此外还有载流子迁移率等 ， 都名列前茅 。
咱们以载流子迁移率为例 ， 来聊聊石墨烯到底有多强 。
原来 ， 由于石墨烯的价带和导带部分相重叠于费米能级处 ， 且是能隙为零的二维半导体 。 在这种情况下 ， 石墨烯成为了目前发现的电阻率最小的材料 。
电导率随石墨烯含量的变化示意图
它优秀的机械和光点性质 ， 使其可以用来制备成各种柔性电子器件以及功能复合材料 。 由于石墨本身不是什么稀罕的东西 ， 并且“切片”的成本也不是太高 ， 就使得石墨烯具备了成本低廉、可加工性强、成本低廉等特征 。
正是因为这样 ， 才有科学家指出石墨烯将引领新的时代发展方向 ， 在各个领域当中掀起一场声势浩大的技术革命 。
不过 ， 这个前提是 ， 科学家针对石墨烯的各个特性然后利用相关方法对其进行功能化 ， 从而赋予其新的性质 。
未来的神奇材料石墨烯
功能化石墨烯的相关应用首先就是基于石墨烯的聚合物复合材料的出现 。 比如科学家认为石墨烯是可替代碳纳米管的理想填充物 ， 其分散性与聚合物基体的相互作用会影响到复合材料的制备 。
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