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(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨烯，并證實(shí)它可以單獨(dú)存在，兩人也因“二維石墨烯材料的開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”共同獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯目前是世上最薄最堅(jiān)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(lái)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(shí)質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，適合用來(lái)制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽(yáng)能電池。石墨烯應(yīng)用面很廣，太陽(yáng)能電池、傳感器、納米電子、高性能納電子器件、復(fù)合材料、場(chǎng)發(fā)射材料、氣體傳感器及能量存儲(chǔ)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(jí)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(chǎng)價(jià)值至少在5000億元以上。石墨烯也可制成鋰離子電池負(fù)極材料，大幅提高電池性能。石墨烯還可制成超級(jí)電容器，充電時(shí)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(qiáng)產(chǎn)品的強(qiáng)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(qiáng)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(bào)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(wú)需消耗太多能源就可以強(qiáng)迫海水穿過(guò)薄膜，濾去海水中的鹽分。
有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的應(yīng)用。在太陽(yáng)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(yáng)能電池中間電極材料必須同時(shí)兼具的兩個(gè)性質(zhì)。
柔性觸摸屏領(lǐng)域的應(yīng)用。韓國(guó)三星公司和成均館大學(xué)的研究人員致力于用石墨烯制造柔性觸摸屏。韓國(guó)研究人員在一個(gè)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(jī)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(kāi)發(fā)藍(lán)圖。開(kāi)發(fā)藍(lán)圖中的第一個(gè)研發(fā)目標(biāo)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(lái)，我們的智能手機(jī)和上網(wǎng)筆記本可以以另一種方式攜帶，比如卷起來(lái)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(jìn)程還需時(shí)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(jī)械剝離法、外延生長(zhǎng)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(duì)較低，是目前主要的制備方法。目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有能夠?qū)崿F(xiàn)石墨烯批量化生產(chǎn)的企業(yè)或研究機(jī)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(wèn)題。從需求上看，石墨烯沒(méi)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(shí)驗(yàn)使用，大規(guī)模產(chǎn)業(yè)應(yīng)用尚需時(shí)日。石墨烯的高強(qiáng)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(jí)電容器等多個(gè)高科技領(lǐng)域有潛在應(yīng)用，但由于其成本過(guò)高，一直都處于研發(fā)階段。從目前的技術(shù)發(fā)展來(lái)看，最有可能實(shí)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(xué)院教授）
