石墨烯（Graphene）是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，并證實它可以單獨存在，兩人也因“二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗”共同獲得了2010年諾貝爾物理學獎。石墨烯目前是世上最薄最堅硬電阻率最小的納米材料，它幾乎是完全透明的。因此，它被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。石墨烯應(yīng)用面很廣，太陽能電池、傳感器、納米電子、高性能納電子器件、復(fù)合材料、場發(fā)射材料、氣體傳感器及能量存儲等領(lǐng)域都具有廣泛應(yīng)用前景。
電子領(lǐng)域的應(yīng)用。石墨烯可替代晶硅應(yīng)用在芯片領(lǐng)域，將芯片速度提高到THZ級別。全球每年半導(dǎo)體晶硅的需求量在2500噸左右，如果將石墨烯替代1/10的晶硅制成高端集成電路，市場價值至少在5000億元以上。石墨烯也可制成鋰離子電池負極材料，大幅提高電池性能。石墨烯還可制成超級電容器，充電時間只需1毫秒?？傊?，石墨烯在電子領(lǐng)域可替代的空間很大。
新材料領(lǐng)域的應(yīng)用。將石墨烯添加到塑料、橡膠、涂料等基體中，可大幅增強產(chǎn)品的強度、韌度、導(dǎo)電性及傳熱性等。在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用是目前石墨烯最大的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。另外，將石墨烯作為導(dǎo)體材料制成顯示器件，將增強器件的韌度，制成可以折疊的薄膜顯示器。
飲用水提煉領(lǐng)域的應(yīng)用。據(jù)報道，洛克希德·馬丁公司已發(fā)明了能夠生產(chǎn)低耗能薄膜的技術(shù)，從而可協(xié)助薄膜生產(chǎn)商研發(fā)新一代的低成本海水淡化設(shè)施。由于石墨烯非常薄，因此無需消耗太多能源就可以強迫海水穿過薄膜，濾去海水中的鹽分。
有機薄膜太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用。在太陽能電池中使用石墨烯作為中間電極，可以呈現(xiàn)透明狀態(tài)且與半導(dǎo)體層的相容性較高。這是太陽能電池中間電極材料必須同時兼具的兩個性質(zhì)。
柔性觸摸屏領(lǐng)域的應(yīng)用。韓國三星公司和成均館大學的研究人員致力于用石墨烯制造柔性觸摸屏。韓國研究人員在一個63厘米寬的柔性透明玻璃纖維巨制板上，制造出了一塊電視機大小的純石墨烯。這是迄今為止“塊頭”最大的石墨烯。隨后，他們用該石墨烯塊制造出了一塊柔性觸摸屏。三星已經(jīng)制定了利用石墨烯產(chǎn)品群的開發(fā)藍圖。開發(fā)藍圖中的第一個研發(fā)目標就是把石墨烯用做透明導(dǎo)電膜的觸摸面板?；蛟S在不久的將來，我們的智能手機和上網(wǎng)筆記本可以以另一種方式攜帶，比如卷起來夾在耳朵上，塞在口袋里，或者圍在手腕上。
目前，石墨烯產(chǎn)業(yè)化進程還需時日。從供應(yīng)上看，行業(yè)仍在量產(chǎn)摸索階段，主要的制備方法有微機械剝離法、外延生長法、氧化石墨還原法和氣相沉積法。其中，氧化石墨還原法由于制備成本相對較低，是目前主要的制備方法。目前國內(nèi)還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)石墨烯批量化生產(chǎn)的企業(yè)或研究機構(gòu)，多數(shù)企業(yè)只能少量生產(chǎn)，所使用的生產(chǎn)技術(shù)多為氧化還原法，生產(chǎn)出的石墨烯溶液也存有很多技術(shù)上需突破的問題。從需求上看，石墨烯沒有形成下游的批量需求和應(yīng)用，目前最大的應(yīng)用只能是為各大科研院校提供實驗使用，大規(guī)模產(chǎn)業(yè)應(yīng)用尚需時日。石墨烯的高強度、高導(dǎo)電性及傳熱性等特性能夠在航天軍工、鋰離子電池、超級電容器等多個高科技領(lǐng)域有潛在應(yīng)用，但由于其成本過高，一直都處于研發(fā)階段。從目前的技術(shù)發(fā)展來看，最有可能實現(xiàn)工業(yè)化使用的石墨烯下游行業(yè)，是復(fù)合材料領(lǐng)域和顯示技術(shù)領(lǐng)域。
?。ㄗ髡呦荡筮B艦艇學院教授）
