石墨烯科普问答

前言：

石墨烯是近年来的热点材料，热点话题。我室特地编写这份《石墨烯科普问答》，希望对大家有所帮助。欢迎来函、来电就石墨烯及其它相关材料技术进行交流。

——华侨大学   陈国华教授 团队

一、概念、制备与结构篇

1、什么是石墨烯?

答： 将石墨的层状结构无限剥离，直到原子级厚度，该薄层碳材料的性质与原来的石墨有极大的不同（电子运动性质发生重大变化），该薄层碳材料取名石墨烯。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，成功地从石墨中剥离出石墨烯，并表征了它的性质，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。

2、石墨烯和石墨在结构上有什么区别？

答：石墨是由一层层蜂窝状有序排列的平面碳原子构成的。当把石墨片层剥成单层之后，这种只有一个单原子层的石墨薄片称为单碳层石墨烯。

3、石墨烯可以分为哪几类？（提示：以层数来划分）

答：单碳层石墨烯、双碳层石墨烯、多碳层石墨烯（3-10层）。

4、单层石墨烯的厚度是多少？

答：0.335 nm，大约是头发丝的二十万分之一。

5、石墨烯主要是由什么元素组成的？

答：碳元素。

6、石墨烯和石墨最本质的区别在哪里？

答：电子性质发生了改变，因此其许多性质都不同。

7、石墨烯、碳纳米管、炭黑在结构上有什么区别？

答：微观上石墨烯为二维薄片状，碳纳米管为一维线状，炭黑为零维粒子状。

8、石墨烯与石墨的关系是什么？

答：石墨由很多层石墨烯构成;石墨一层一层剥离就变成石墨烯。

9、石墨烯最早是如何被制备、发现的？

答：利用胶带剥离法从高定向裂解石墨块中剥离得到的。

10、铅笔在纸上轻轻划过留下痕迹是否有可能含有单原子层石墨烯？

答：可能。铅笔芯材料为石墨材料，在纸上划过，将发生碳层的剥离。

11、石墨烯制备方法目前主要有哪些？

答：机械剥离法、CVD法、化学氧化还原法、插层剥离法等。

12、氧化石墨烯用Hummer法制备需要哪些化学物质？

答：浓硫酸、高锰酸钾、蒸馏水、双氧水等。

13、石墨烯利用化学氧化还原法制备有哪些优缺点？

答：优点：可以大规模制备氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、其中氧化石墨烯水溶性好、利用其可进行化学接枝改性；缺点：制备得到石墨烯缺陷大、破坏了石墨烯原有的结构、大量使用强酸和强氧化剂，易造成环境污染。

14、机械剥离法制备石墨烯有哪些优缺点？

答：优点: 易于量产、操作简单；缺点：一些参数尚不易控制。

15、CVD法制备石墨烯有哪些优缺点？

答：优点：可以制备高质量的石墨烯薄膜；缺点：量产转移等成本较高，工艺条件还需进一步完善。

16、石墨烯的表征方法目前主要有哪些？

答：可以用电子显微镜等对石墨烯的厚度，形貌等进行观察、测试，主要有：AFM、HRTEM、Raman、SEM、SEAD、XRD等

二、性能与应用篇

17、石墨烯具有哪些特殊性质？为什么成为21世纪的明星材料？

答：目前发现的结构完整的单碳层石墨烯强度很高、导电、导热性能极好，具有十分广阔的应用前景。

18、石墨烯在哪些领域具有潜在应用？

答：石墨烯具有很好的导电、导热性，强度高，比表面积大，预期在计算机芯片、电子材料、导热材料，高性能复合材料、环境处理、催化剂载体等领域具有潜在应用。

19、石墨烯耐温吗？

答：石墨烯的主要成分是碳，并且具有稳定的晶格结构，比一般高分子材料的耐热温度还高。

20、石墨烯在锂电池上的应用是什么？

答：锂电池导电添加剂，可以提高锂电池的充电速度和综合性能。

21、石墨烯与铅酸电池有何关系？

答：石墨烯有望应用于铅酸电池内的电极材料，替代原来的石墨材料，提高综合性能，等等。

22、石墨烯目前在手机上主要有哪些应用？

答：石墨烯触摸屏、电池和导热膜

23、石墨烯在塑料改性方面可以有哪些作用？

答：提高塑料的强度、模量、表面光泽性、表面硬度、改善塑料的抗静电性能、提高塑料的导热、散热性能，等等；

24、石墨烯在橡胶改性方面可以有哪些作用？

答：提高橡胶的耐磨性能、散热性能、抗静电性能等。

25、石墨烯在涂料领域可以有哪些作用？

答：利用石墨烯的导电性、阻隔性提高涂料的阻隔性能、防腐性能。可以制备电磁屏蔽涂料、抗静电涂料等。

26、石墨烯在油墨方面可以有哪些应用？

答：可以制备导电性油墨,用于导电线路印刷等。

27、石墨烯在物联网领域可以有哪些应用？

答：可以制备导电油墨，用于印刷电路如用于条码、射频识别即RFID制作等。

28、石墨烯在LED灯具领域可以有何应用？

答：利用石墨烯的高导热性能，制备散热材料，用于LED灯具散热等。

29、石墨烯在服装面料可以有哪些应用？

答：利用石墨烯电学、热学或其它功能，通过添加、植入等手段，使面料赋予相关功能。

30、石墨烯在环境保护领域可以有哪些应用？

答：利用石墨烯的高比表面特性，用于吸附水中污染物。利用石墨烯的可成膜性制备过滤材料用于水质处理。利用石墨烯制备的传感器，可以检测环境中微量物质。

31、石墨烯在汽车配件行业可以有哪些应用？

答：利用石墨烯的力学性能特性，制备高性能复合材料，用于汽车配件，也可以用于汽车轮胎。

32、石墨烯在电子行业可以有哪些应用？

答：利用石墨烯的超薄性与导电性，制备超薄导电材料，替代一些导电配件，可以降低成本，减小重量，缩小体积、提高性能等。

33、石墨烯在医疗卫生领域可以有哪些应用？

答：石墨烯可以作用各类传感器件，用于各种医疗检测等。

34、石墨烯在军工材料领域可以有哪些应用？

答：石墨烯可以制备高强度复合材料用于防弹材料；可以制备轻便高导电材料用于电磁屏蔽或吸波材料等；或制备高强度复合材料用于其它军工器械。

35、石墨烯在润滑油领域有何应用？

答：在润滑油中添加极少量的石墨烯，可以大幅度提高润滑油的综合性能。

36、石墨烯还在哪些领域可能具有潜在应用？

答：利用石墨烯的导电、导热、高强度、超薄性可以在很多领域替代传统材料，具体应该考虑其性价比等因素。

三、市场与政策篇

37、石墨烯目前的市场价格如何？

答：目前石墨烯无论是薄膜产品或粉体、分散液产品都处于有限规模的研发生产阶段，价格较高，如粉体价格在1000元/公斤左右。随着应用市场的打开，生产规模扩大，石墨烯的可以与一般纳米材料一样，价格上具有竞争力。

38、目前，有哪些全国性石墨烯组织？

答：中国石墨烯产业技术创新联盟，成立于2013年7月。

39、目前，国家对石墨烯产业是否有标准制定？

答：2016年4月5日，《石墨烯材料的术语、定于及代号》国家标准（征求意见稿）在中国国家标准管理委员会官网正式公布。

40、国家对石墨烯有哪些相应政策？

答：2015年11月30日，中国工业和信息化部、国家发展改革委、科技部印发《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》，提出到2020年，形成完善的石墨烯产业体系，实现石墨烯材料标准化、系列化和低成本化。

资料整理：华侨大学 陈国华教授团队

交流邮箱：2716988461@qq.com