石墨烯与新兴材料的最新发展动态

　　石墨烯是一种由碳原子组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个原子厚度。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
　　新材料研发周期
　　多维功能型石墨烯材料主要有吸附、导电导热功能，成为材料科学、化学及物理学的研究热点，并广泛应用于传感器、电子器件和复合材料等领域和生活当中。
　　石墨烯量子点演变
　　石墨烯材料中的零维功能型石墨烯量子点，除了具有石墨烯的优异性能，还因量子限制效应和边界效应而展现出一系列新的特性。
　　因此吸引了化学、物理、材料和生物等各领域科学家的广泛关注。
　　其主要分子演变流程为：
　　低维石墨烯
　　低维石墨烯与传统碳纳米管的优缺点在于：碳纳米管碳杂质高，并且提纯难度大，导致成本高，产品本身容易缠结。
　　而低维石墨烯纯度高，导电性能好，成本低，因此现在低维石墨烯逐渐取代了传统的碳纳米管。
　　石墨烯导电油墨
　　石墨烯导电油墨主要优点有：
　　v导电率可调，105500Sm；v稳定性好，无老化问题；v柔韧性好，应用领域广；
　　v生产成本低，印刷方便。
　　应用于印刷线路板、射频识别、显示设备、电极传感器等方面，在有机太阳能电池、印刷电池和超级电容器等领域具有很大的应用潜力。
　　工作原理如图：
　　类石墨烯吸波膜
　　该类石墨烯主要应用于三星OnCellAmoled面板上，显示屏的彩色显示基板和滤光板的应用，不仅解决了色彩不均的问题，还降低了手机厚度。
　　一维功能石墨烯的制备
　　石墨烯性能优异，在很多领域具有潜在的应用。
　　然而，石墨烯使用价值实现的前提是大量高质量石墨烯的制备。
　　石墨烯的经典制备方法有微机械剥离法，化学气相沉积法，加热碳化硅法，氧化还原法等。
　　一维功能型石墨烯主要应用于纤维溶液纺丝，新能源汽车外壳等领域。
　　二维功能型石墨烯涂层
　　功能石墨烯涂层大幅提高材料的定向防腐性和导热率
　　由于先阶段石墨烯本身的性质其分散性很差，其中将氧化石墨烯磺酸化，可以得到水溶性的石墨烯，分散性很好，然后将SO3作为酸的一种在原位条件下生长聚苯胺，得到SGPANI。
　　三维石墨烯功能型石墨烯三维材料
　　三维石墨烯多为多孔结构，二维石墨烯多为层状堆叠结构。
　　三维石墨烯多用于电极的制备领域，三维石墨烯的多孔方便电极在电极反应的过程中的离子的转移。
　　石墨烯是由碳六元环组成的两维（2D）周期蜂窝状点阵结构，它可以翘曲成零维（0D）的富勒烯（fullerene），卷成一维（1D）的碳纳米管（carbonnanotube，CNT）或者堆垛成三维（3D）的石墨（graphite），因此石墨烯是构成其他石墨材料的基本单元。
　　石墨烯三维导电复合材料中，其复合方法分为简单共混法，双重保护法，层层组装法。按照具体应用来使用不同材料混法。
　　石墨烯应用
　　1、用于污水处理的石墨烯分离系统
　　石墨烯可用于污水处理的分离系统。其过滤性能主要就是利用的石墨烯的比表面积以及其吸附性能。通过石墨在离子，分子，大分子等之间的运行轨迹来达到污水处理与分离的功效。
　　2、功能石墨烯三维胶气凝胶材料和应用
　　3、碳基光电子的封装技术
　　激光器件是光通讯应用的关键器件之一，在光电子器件的组装过程中，封装的费用占了通常制作费用的60～80。
　　据预测，在未来3年内光电子器件的市场将以35～45的速率增长。光电子器件的封装和工艺的改进是降低光网络成本的关键。
　　目前主要封装技术有光电子封装的埋藏技术，异质晶片整合技术。
　　4、碳基材料
　　目前碳基材料在应用层的应用主要有资讯，文件处理，公共通信，服务运算，家庭照明，穿戴式电子产品，环境监测，智能交通，飞行控制，远程医疗等方面。
　　在材料方面主要是LOC，SOC，SIP，EmbeddedPassive，PlasticElectronic等方面。
　　石墨烯与高分子材料分类
　　从下图我们可以看出高性能聚合物，工程聚合物，传统聚合物之间的分界线与关系，以及
　　挤压纱和涂层的相互关系：
　　功能石墨烯聚苯乙烯泡沫材料的应用
　　聚合物微发泡材料在汽车轻量化和包装上的应用
　　发泡聚丙烯材料严重依赖JSPBASF的进口材料（3。54。0万吨），国内市场巨大！需求大量进口，国产材料还无法取代进口！
　　目前每辆汽车应用的发泡聚丙烯量为46Kg，我国每年汽车用发泡聚丙烯用量高达69万吨。广泛用于汽车的内饰件、保险杠、车门板等。
　　预计2015年，汽车复合材料的用量会达到200万吨，增长主要来源于汽车产业的自然增长和已经采用了复合材料的汽车部件的市场份额的增加。
　　作为替代硅的芯片材料，由于石墨烯电阻率极低，电子迁移的速度极快（单层石墨烯中的电子与空穴的载流子迁移率有望在室温下达到硅的100倍即20万cm2Vs，这一数值远远超过以往被认为载流子迁移率最大的7。7万cm2Vs的锑化铟）因此被期待可用来替代硅，成为更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。
　　散热材料领域：由于石墨烯的导热率（5300Wmok）是常用散热材料铜的近14倍，石墨的3。5倍。石墨烯有希望取代石墨，解决智能手机、计算机的散热瓶颈，加速其整体性能的提高。
　　环保监测领域：功能化的石墨烯以及石墨烯的复合材料在污染物吸附、过滤等方面展现了巨大的应用前景。
　　生物医学领域：科学家发现石墨烯在细胞成像、干细胞工程、药物投递、肿瘤治疗等生物纳米技术领域有着广泛的应用前景。
　　产业化进程日新月异，实力不容小觑。石墨烯从被发现到获得诺贝尔奖只用了短短六年的时间，由它开启的研究领域呈现了井喷的势头，几乎每个月都有新兴的研究方向被开辟出来。2013年1月，欧盟委员会将石墨烯列为“未来新兴技术旗舰项目”之一，十年内提供10亿欧元资助，将石墨烯研究提升至战略高度。IBM、苹果、三星等巨头都分别成立了石墨烯专题组，将其作为未来产品柔性化、智能化的核心研发材料。
　　（信息来源：閔氏東昊慶强）