40個問題解釋為何石墨烯在中國就能改變世界！

歐盟、美國、日本、韓國等都將石墨烯作為未來重點發(fā)展的科技領(lǐng)域。相關(guān)專家認為,中國在發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)上具有多重優(yōu)勢:

一是石墨礦儲量5500多萬噸,占全世界的77%左右;

二是有高水平的人才,論文、專利都排名第一;

三是有市場優(yōu)勢,市場方資本量充足。

(來源《我國石墨烯產(chǎn)業(yè)仍需發(fā)力高端領(lǐng)域》. 新華社. 2016-08-26)

石墨烯的應用

二、明星材料的廣泛應用

1、石墨烯具有哪些特殊性質(zhì)?為什么成為21世紀的明星材料?

答:目前發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)完整的單碳層石墨烯強度很高、導電、導熱性能極好,具有十分廣闊的應用前景。

2、石墨烯在哪些領(lǐng)域具有潛在應用?

答:石墨烯具有很好的導電、導熱性,強度高,比表面積大,預期在計算機芯片、電子材料、導熱材料,高性能復合材料、環(huán)境處理、催化劑載體等領(lǐng)域具有潛在應用。

3、石墨烯耐溫嗎?

答:石墨烯的主要成分是碳,并且具有穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu),比一般高分子材料的耐熱溫度還高。

4、石墨烯在鋰電池上的應用是什么?

答:鋰電池導電添加劑,可以提高鋰電池的充電速度和綜合性能。

5、石墨烯與鉛酸電池有何關(guān)系?

答:石墨烯有望應用于鉛酸電池內(nèi)的電極材料,替代原來的石墨材料,提高綜合性能,等等。

6、石墨烯目前在手機上主要有哪些應用?

答:石墨烯觸摸屏、電池和導熱膜

7、石墨烯在塑料改性方面可以有哪些作用?

答:提高塑料的強度、模量、表面光澤性、表面硬度、改善塑料的抗靜電性能、提高塑料的導熱、散熱性能,等等;

8、石墨烯在橡膠改性方面可以有哪些作用?

答:提高橡膠的耐磨性能、散熱性能、抗靜電性能等。

9、石墨烯在涂料領(lǐng)域可以有哪些作用?

答:利用石墨烯的導電性、阻隔性提高涂料的阻隔性能、防腐性能。可以制備電磁屏蔽涂料、抗靜電涂料等。

10、石墨烯在油墨方面可以有哪些應用?

答:可以制備導電性油墨,用于導電線路印刷等。

11、石墨烯在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域可以有哪些應用?

答:可以制備導電油墨,用于印刷電路如用于條碼、射頻識別即RFID制作等。

12、石墨烯在LED燈具領(lǐng)域可以有何應用?

答:利用石墨烯的高導熱性能,制備散熱材料,用于LED燈具散熱等。

13、石墨烯在服裝面料可以有哪些應用?

答:利用石墨烯電學、熱學或其它功能,通過添加、植入等手段,使面料賦予相關(guān)功能。

14、石墨烯在環(huán)境保護領(lǐng)域可以有哪些應用?

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備過濾材料用于水質(zhì)處理。利用石墨烯制備的傳感器,可以檢測環(huán)境中微量物質(zhì)。

15、石墨烯在汽車配件行業(yè)可以有哪些應用?

答:利用石墨烯的力學性能特性,制備高性能復合材料,用于汽車配件,也可以用于汽車輪胎。

16、石墨烯在電子行業(yè)可以有哪些應用?

答:利用石墨烯的超薄性與導電性,制備超薄導電材料,替代一些導電配件,可以降低成本,減小重量,縮小體積、提高性能等。

17、石墨烯在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域可以有哪些應用?

答:石墨烯可以作用各類傳感器件,用于各種醫(yī)療檢測等。

18、石墨烯在軍工材料領(lǐng)域可以有哪些應用?

答:石墨烯可以制備高強度復合材料用于防彈材料;可以制備輕便高導電材料用于電磁屏蔽或吸波材料等;或制備高強度復合材料用于其它軍工器械。

19、石墨烯在潤滑油領(lǐng)域有何應用?

答:在潤滑油中添加極少量的石墨烯,可以大幅度提高潤滑油的綜合性能。

20、石墨烯還在哪些領(lǐng)域可能具有潛在應用?

答:利用石墨烯的導電、導熱、高強度、超薄性可以在很多領(lǐng)域替代傳統(tǒng)材料,具體應該考慮其性價比等因素。

三、石墨烯的制備、與結(jié)構(gòu)

21、什么是石墨烯?

答: 將石墨的層狀結(jié)構(gòu)無限剝離,直到原子級厚度,該薄層碳材料的性質(zhì)與原來的石墨有極大的不同(電子運動性質(zhì)發(fā)生重大變化),該薄層碳材料取名石墨烯。2004年,英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,成功地從石墨中剝離出石墨烯,并表征了它的性質(zhì),兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗”為由,共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

22、石墨烯和石墨在結(jié)構(gòu)上有什么區(qū)別?

答:石墨是由一層層蜂窩狀有序排列的平面碳原子構(gòu)成的。當把石墨片層剝成單層之后,這種只有一個單原子層的石墨薄片稱為單碳層石墨烯。

23、石墨烯可以分為哪幾類?

答:目前石墨烯以層數(shù)來劃分。分為單碳層石墨烯、雙碳層石墨烯、多碳層石墨烯(3-10層)。

24、單層石墨烯的厚度是多少?

答:0.335 nm,大約是頭發(fā)絲的二十萬分之一。

25、石墨烯主要是由什么元素組成的?

答:碳元素。

26、石墨烯和石墨最本質(zhì)的區(qū)別在哪里?

答:電子性質(zhì)發(fā)生了改變,因此其許多性質(zhì)都不同。

27、石墨烯、碳納米管、炭黑在結(jié)構(gòu)上有什么區(qū)別?

答:微觀上石墨烯為二維薄片狀,碳納米管為一維線狀,炭黑為零維粒子狀。

28、石墨烯與石墨的關(guān)系是什么?

答:石墨由很多層石墨烯構(gòu)成;石墨一層一層剝離就變成石墨烯。

29、石墨烯最早是如何被制備、發(fā)現(xiàn)的?

答:利用膠帶剝離法從高定向裂解石墨塊中剝離得到的。

30、鉛筆在紙上輕輕劃過留下痕跡是否有可能含有單原子層石墨烯?

答:可能。鉛筆芯材料為石墨材料,在紙上劃過,將發(fā)生碳層的剝離。

31、石墨烯制備方法目前主要有哪些?

答:機械剝離法、CVD法、化學氧化還原法、插層剝離法等。

32、氧化石墨烯用Hummer法制備需要哪些化學物質(zhì)?

答:濃硫酸、高錳酸鉀、蒸餾水、雙氧水等。

33、石墨烯利用化學氧化還原法制備有哪些優(yōu)缺點?

答:優(yōu)點:可以大規(guī)模制備氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、其中氧化石墨烯水溶性好、利用其可進行化學接枝改性;缺點:制備得到石墨烯缺陷大、破壞了石墨烯原有的結(jié)構(gòu)、大量使用強酸和強氧化劑,易造成環(huán)境污染。

34、機械剝離法制備石墨烯有哪些優(yōu)缺點?

答:優(yōu)點: 易于量產(chǎn)、操作簡單;缺點:一些參數(shù)尚不易控制。

35、CVD法制備石墨烯有哪些優(yōu)缺點?

答:優(yōu)點:可以制備高質(zhì)量的石墨烯薄膜;缺點:量產(chǎn)轉(zhuǎn)移等成本較高,工藝條件還需進一步完善。

36、石墨烯的表征方法目前主要有哪些?

答:可以用電子顯微鏡等對石墨烯的厚度,形貌等進行觀察、測試,主要有:AFM、HRTEM、Raman、SEM、SEAD、XRD等

四、石墨烯的市場與政策

37、石墨烯目前的市場價格如何?

答:目前石墨烯無論是薄膜產(chǎn)品或粉體、分散液產(chǎn)品都處于有限規(guī)模的研發(fā)生產(chǎn)階段,價格較高,如粉體價格在1000元/公斤左右。隨著應用市場的打開,生產(chǎn)規(guī)模擴大,石墨烯的可以與一般納米材料一樣,價格上具有競爭力。

38、目前,有哪些全國性石墨烯組織?

答:中國石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,成立于2013年7月。

39、目前,國家對石墨烯產(chǎn)業(yè)是否有標準制定?

答:2016年4月5日,《石墨烯材料的術(shù)語、定于及代號》國家標準(征求意見稿)在中國國家標準管理委員會官網(wǎng)正式公布。

40、國家對石墨烯有哪些相應政策?

答:2015年11月30日,中國工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、科技部印發(fā)《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》,提出到2020年,形成完善的石墨烯產(chǎn)業(yè)體系,實現(xiàn)石墨烯材料標準化、系列化和低成本化。