石墨烯的特性及几个应用成果

碳纤维

什么是石墨烯？        
        石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜、只有一个碳原子厚度的二维纳米材料，是最有可能引发新一轮电子科技领域革命的材料。石墨烯最早是在2004年由英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆教授和康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授通过一种很简单的方法从石墨薄片中剥离出来的，二人也由此荣获2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯原子结构图

石墨烯的几个特性：
1、是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，比钻石还坚硬，其强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍；
2、它的透光率极好，几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；
3、石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远超电子在一般导体中的运动速度；
4、是世界上电阻率最小的材料，导热系数高达5300 W/m·K，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，而电阻率只约10-6 Ω·cm；
5、石墨烯结构非常稳定，各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定，使碳原子具有优秀的导电性。

应用领域

       石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料，据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜（厚度约100 万纳米），那么它将能承受大约两吨重物品的压力，而不至于断裂；石墨烯也是世界上导电性最好的材料。

      石墨烯的应用范围广阔，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂。石墨烯还可以应用于晶体管、触摸屏、基因测序等领域，同时有望帮助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破。


石墨烯研究及应用领域所取得的成就：
1、最小最快的晶体管诞生。
2011年4月7日IBM向媒体展示了其最快的石墨烯晶体管，该产品每秒能执行1550亿个循环操作，比之前的试验用晶体管快50%。这是IBM承接的美国国防部的一个项目的研究成果，主要是研发可用于军用的高性能无线电频率晶体管；

2、全球最小光学调制器。
据美国媒体报道，美国华裔科学家使用石墨烯最新研制出了一款调制器，这个只有头发丝四百分之一细的光学调制器具备高速信号传输能力，有望将互联网速度提高10000倍，这也意味着1秒钟内可下载完一部高清电影；

3、首款手机用石墨烯电容触摸屏研制成功。
2012年1月8日，江南石墨烯研究院对外发布，全球首款手机用石墨烯电容触摸屏在常州研制成功，为国内首创，这也意味着石墨烯在触摸屏上的应用可以从实验室走向商用；

4、石墨烯光电传感器。
2012年8月，诺基亚的研发部门已经在着手研究石墨烯光电传感器，并且已经在美国专利和商标局注册了一项专利。根据专利描述，石墨烯光电传感器通过多层探测和放大层被互相叠放，以此来吸收和过滤相应颜色的光。