石墨烯是一种仅仅由单层的碳原子构成的薄膜。在石墨烯之前,人们不相信仅仅由一层原子织成的薄膜,能够在自然界稳定存在。
从元素上说,石墨烯的组成就是普通的碳元素,跟石墨和钻石是一样的。区别就在于,它们原子的排列结构有所不同,比如,钻石里的每个碳原子都跟周围的4个碳原子连接在一起,是正四面体结构,所以它特别硬。而石墨,就像一层层网叠在一起,每一层看起来就跟蜜蜂窝一样,网眼是六边形的结构,所以它就比较软。
而我们说的石墨烯,实际上就是特别特别薄的石墨,最薄的就是只有一层碳原子的网,所以它也被叫做“二维结构”,如果从侧面看,厚度就是原子的直径。单单就1克的石墨烯材料,它的表面积就相当于半个足球场那么大。
这种材料是目前已知的最薄、最轻,也是最强韧的,它能承受很大的重量,而且几乎完全透光、导电和电热性能都非常优异。
所以,它的潜在应用场景非常非常多,比如用在复合材料领域,就能制造出特殊性能的塑料、涂料等等。就拿石墨烯涂料来说,它的特点就是无菌环保,能用在载药系统和生物成像诊断的系统里。在节能环保和电子方面,优异的导电和导热特性用处特别大,比如开发新的散热系统,柔性显示设备等等。
那么墨烯是如何制备的?
石墨是一种导电和导热良好的材料,而石墨烯,则是将这种特性发挥到了极致。
目前石墨烯的主要制备方法有:
1、氧化还原法,制备的是粉末。
2、机械剥离法,类似用胶带物理案例。
3、液相剥离法,用溶液来案例石墨层。
4、化学气相沉积法,就是用金属做催化剂,再通入气体,进行碳原子沉积。
这几种方法各有优劣势,变量大,但产品缺陷多的是第一种。做薄膜的基本都是气相沉积法。
关于石墨烯电池,目前业内认为只是一种炒作,因为石墨烯通过控制氧化状态,虽然可以实现快充,但是它的能量密度很低,这是由其本身性能决定的。比如用在电动车上,就是充电速度快,续航能力很低。
所谓现在的石墨烯电池,只是作为导电剂,和嵌锂材料,少量加入到电池材料中而已。
现在国际大厂,比如松下,三星等,更多心思都是在石墨烯薄膜上,应用是柔性显示和半导体。他们在CVD薄膜制备设备,大面积薄膜,下一代半导体应用方面,正在做专利布局,而不是在石墨烯电池。
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