在过去的25年里，材料科学领域取得了许多令人兴奋的进展。也许没有一种物质能像石墨烯那样引起人们的热情和兴奋。

　　这种物质是单原子厚度的纯碳薄片。石墨烯的强度估计是钢的200倍，和橡胶一样柔韧，导热和导电效率极高。此外，因为它只有一个原子那么厚，所以它几乎是二维的，赋予它许多有趣的与光和水有关的性质。

　　石墨烯不是一种天然存在的物质。尽管自20世纪60年代以来物理学家们就已经提出了这一理论，但直到2004年才首次提出。

　　当时的生产方法使石墨烯的使用成本高得令人望而却步，然而，在过去十几年里，学术界和企业研究人员在降低生产成本方面取得了巨大进展。

　　随着这些成本逐年下降，石墨烯有望在医药、电子、计算等领域掀起一场革命。

　　虽然石墨烯可能已经引起了公众的极大兴趣，但它究竟会产生多大的影响还有待观察。

　　每一天，物理学家和化学家都在更深入地研究物理世界，越来越多地了解我们世界的组成部分，以及如何利用它们来构建新事物。

　　显著发展及趋势

　　2004年石墨烯被发现后不久，《材料》杂志的编辑团队今天整理出了过去50年材料科学领域的十大突破。

　　值得注意的是，石墨烯并未出现在名单中，但目前存在一些最大的发现领域和商业利益，包括：

　　碳纤维增强塑料-用于赛车、自行车和其他用途；

　　锂离子电池材料-用于笔记本电脑和手机；

　　碳纳米管——目前很少有商业应用，但它们很可能在新兴纳米技术中发挥核心作用；

　　超材料——最近的相关实验产生了隐形斗篷的原型。

　　然而，到2022年，美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers)将石墨烯的生产列为机械工程五大趋势之一，同时指出：

　　电子墨水，可以让人们“写”自己的电路板；

　　多铁氧体，可显著提高数据存储能力；

　　纳米阳极，可以快速制造可充电电池。

　　材料研发的主要参与者

　　由于它们的各种应用，材料科学的研究是由不同的参与者进行和资助的。许多政府为有可能产生切实经济影响的创新提供研究资金。军方对这些发现有很多兴趣，例如，美国陆军为围绕隐形衣的超材料实验提供了资金。学术界往往在研究方面处于领先地位，取得突破的往往是来自不同大学的研究团队。在政府、军队和高等教育机构之外，材料科学研究的许多直接投资来自企业。

　　石墨烯的发现

　　1962年，化学家汉斯-彼得·伯姆(hans - peter Boehm)在《无机与普通化学杂志》(Journal of无机and General Chemistry)上发表的一篇论文中描述了石墨烯的存在。

　　但在2003年，当时在曼彻斯特大学(University of Manchester)学习的俄罗斯物理学家安德烈

　　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。

　　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。2022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。

　　2022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。

　　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。2022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。

　　电子产品

　　石墨烯爱好者一直在鼓吹石墨烯在普通电路中取代硅的潜力，但带隙仍然是一个挑战。

　　然而，石墨烯的透明性和灵活性无疑将最终改变电子领域。

　　科学家们一直在试验快速充电电池、高品质耳机、灵活的电子产品、功能更强的光电传感器、以及几乎牢不可破的触摸屏等应用。

　　将石墨烯集成到光电子领域，可能最终开发出可更新的电子纸，以及其他令人兴奋的新突破。

　　水净化

　　石墨烯可以过滤水，几乎不需要其他任何东西，因此它可能是最有效的水过滤材料。洛克希德·马丁公司正在开发一种石墨烯水过滤器，他们声称这种过滤器可以将海水淡化厂的能源成本降低99%，但目前还没有投放市场。

　　石墨烯的生产仍然是一个挑战，但氧化石墨烯更容易生产，具有类似的水相关特性，而且更容易、更便宜。这不仅可以在世界范围内(特别是在发展中国家)增加饮用水的数量方面发挥重要作用，而且可以对酒精蒸馏方法产生巨大的影响。

　　防水材料

　　尽管石墨烯是一种非常高效的水过滤器，范德比尔特大学(Vanderbilt University)的研究人员已经找到了将其应用于其他材料的方法，使这些材料要么变得高吸水性，要么变得超级排斥。

　　当您考虑防水材料、电子产品和建筑物时，它具有巨大的商业潜力。

　　能量储存

　　石墨烯传导热量和电能的能力非常有效地帮助它开发出更快速充电的电池。

　　加州大学洛杉矶分校(UCLA)和其他地方正在开发的石墨烯智能手机电池原型仅几秒钟就充满电。基于石墨烯的超级电容器正在探索最终应用于手机和其他便携式设备。

　　另一项应用是生产更熟练的光伏电池，这种电池可以用于服装，对开发可穿戴技术的公司特别有兴趣，比如可穿戴太阳能。甚至美国军方也在研究光伏发电技术，为该领域的军事设备提供动力。随着石墨烯研究和开发的继续，它将毫无疑问地集成到商业和军事光伏生产中。

　　其他应用程序

　　石墨烯与其他材料的结合，如涂料、塑料和聚合物的生产，正在探索中。以石墨烯为基础的涂料，应用于设备或房屋，也可以存储太阳能，为设备或家庭供电。石墨烯的强度和重量较轻，有利于利用塑料和聚合物(如汽车和飞机零部件)生产商品和零部件。石墨烯与塑料或聚合物的复合材料可能在短短几年内成为从自行车到风力涡轮机等各种产品的行业标准。

　　石墨烯也被研究作为3D打印的潜在材料。3D打印是一种增材制造工艺，打印机可以从一个数字文件中快速生成三维物体。这个过程已经被用于打印像灯罩这样简单的物体和像单层房屋一样复杂的物体。

　　石墨烯的应用和需求正在急剧增加，价格也在显著下降。我相信石墨烯将在不久的将来出现在许多消费和工业应用中。

　　你可以去宁波看看，几年前率先工业化生产。之前，全世界石墨烯都是在实验室制备。顺便你可以在宁波看看石墨烯应用。建议你重点看看宁波新能源的超级电容器。美国单体容量是三千五法拉，宁波是六万法拉（2022年中国智博会展出，现在达到多少？不知道。）。这里就有石墨烯应用。

　　石墨烯的发展目前还是集中在理论研究生，实际应用的还是比较少，有部分企业已经开始进行实用性研究了，估计不远的将来就会应用到生活中。

　　您好，石墨烯本身量产没问题，主要石墨烯的下游应用。其实下游应用能产业化的并不多，目前三星的石墨烯透明导电膜是CVD法制作的，不过距离量产还有很长的路要走，毕竟CVD方法有限制。另外重庆元石盛石墨烯薄膜公司，拥有卷对卷工艺生产线，能年产百万级平米的石墨烯透明导电膜，相信产业化不远了。

　　自从10年前发现石墨烯以来，石墨烯就震惊了科学家们。它是已知的最薄的材料，比人的头发薄100万倍，比钢还强200倍，同时也是世界上最好的电导体。

　　石墨烯的应用非常广泛，但是现在最热门的是石墨烯电池技术。毕竟在智能手机普及和新能源汽车逐步壮大的时代里，电池续航问题是迫在眉睫需要解决的瓶颈问题。当前走在最前沿的研究应用应该也是石墨烯电池。

　　石墨烯电池主要优势在于其使用寿命和充电速度。经过试验测试，石墨烯电池2000次充放电衰减率15%以内，同比普通锂电池约40~80%，充电速度5000毫安时的半小时可以充满，如果电路设计合适，理论上可以5秒以内充满。并且具有良好的可弯曲性。

　　浙江大学高超团队研制出新型铝—石墨烯电池，短短几秒便可充电完成，在25万次充放电循环后仍能保持91%的容量；同时其倍率性能优异，快速充电可1.1秒内充满电，仍具有111mAh/g的可逆比容量。同时，这种电池可以在零下40摄氏度到120摄氏度的环境中工作，可谓既耐高温，又抗严寒。在零下30摄氏度的环境中，这种新型电池能实现1000次充放电性能不减，而在100度的环境中，它能实现4.5万次稳定循环。这种新型电池是柔性的，将它弯折1万次后，容量完全保持；而且即使电芯暴露于火焰中也不会起火或爆炸。

　　虽然这些都还停留在实验室阶段，量产还需时日。然而最新报道华为在伦敦发布新旗舰手机Mate20系列，在Mate20X型号手机上，在电池部分使用了石墨烯散热技术，这也是世界上第一款量产智能手机使用石墨烯技术。Mate 20 X选择了超大容量的5000mAh（TYP）电池，虽然并非真正的石墨烯电池，但华为创造性地采用石墨烯技术+液冷散热系统（HUAWEI SuperCool）组合的散热系统，带来出众的急速冷却性能，让CPU和GPU可以持久保持火力全开状态，待机更长久，手机整体性能得到大幅提升。在A股上市公司中：

　　雄韬股份：已在储备和培育三元锂离子电池等新型电池技术，而铝-石墨烯电池研发也在有序推进中。

　　丹邦科技：产品包括多层石墨烯膜。

　　德尔未来：已在石墨烯产业链进行了全方位的布局。上游布局6000万吨石墨矿；中游收购厦门烯成，涉足石墨烯制备设备及石墨烯产品应用开发研究；下游收购博昊科技、义腾新能源，布局石墨烯锂电池。

　　道氏技术：石墨烯导电剂业务已开始放量，公司正加速推广应用，目前已向三星供样。

　　东旭光电: 2022年11月7日，公司与英国慢切斯特大学完成签署《会员协议》，成为曼大石墨烯工程创新中心一级会员，希望借助国外的研发技术，加速公司的石墨烯系列产品的研发速度。

　　然而眼前这些公司的石墨烯对公司的利润贡献不足总利润的百分之一，真正成为利润增长点还有很长的路要走。