石墨烯制造技术研究

很有发展前景。石墨烯电池分为两块，一是传统锂电池上，二是利用石墨烯制造颠覆性的“超级电池”锂电池的强国是日本和韩国，韩国是发明充电16秒的石墨烯超级手机电池。日本则是研究锂电池外，再研究燃料电池技术，这个是涉及到了使用石墨烯材料的催化剂而制成的。特性（括号里面的是用途）：超强导电性：电子迁移率是硅的100倍，电阻小于铝、银等金属（集成电路、导电添加剂）透光率极佳：透光率97.7%（电容屏、太阳能电池板）超强导热性：导热系数5300W/mk，强于碳纳米管、铜铝等（导热膜、超大规模纳米集成电路散热材料）面积极大：比普通活性炭高出1130平方米（超级电容、锂电池、传感器）超强硬度：硬度超过金刚石，断裂度是钢铁的100倍（防弹衣、飞机超轻材料）除了以上特性外，其衍生出来的氧化石墨烯具有强载体和靶向性，能够用作肿瘤诊断和治疗。

大家知道，中国在芯片研究方面确实处于被动地位，因为，我国的芯片技术起步比较晚，芯片工业底子也不是太厚。最主要的是我们在硅基芯片方面，确实处于一个需要快速发展的时刻。但是由于美国和一些相关国家的技术限制，对于中国这方面的技术是一个非常大的压制，不过中国依旧有很大的希望，因为我们很可能会弯道超车。中国整个半导体行业，在制程工艺上也仅能实现14nm的量产，因为我国没有先进地光刻设备，想要实现5nm的制程工艺，显然是一个非常不现实的事情。不过，随着新型材料的兴起，很可能中国会绕开硅基芯片的制造，从另外一个领域，也就是碳基芯片开始发展，给了中国一个弯道超车的机会。碳基芯片实际上未来芯片的主要发展模式，因为只有以碳为基础的芯片制造工艺，才能够真正的制造出更小的芯片。碳基芯片实际也叫做石墨烯芯片，这种技术目前已经开始进行研究了。我国科学家在这方面有天然的优势，北大的张志远教授和他的团队，在这方面取得了巨大的成果，他们的研究也引起了华为的注意，现在华为也派出团队，希望跟他们在这方面进行探探。从目前的消息来看，我国的科学家团队在四英寸的范围内，制备出接近百分百的碳纳米管阵列，这对于碳基芯片的研究和发展，无疑有巨大的作用。一旦石墨烯芯片技术能够全面成熟，这将会让华为彻底解决芯片瓶颈，而且在芯片技术上超越其他国家。石墨烯芯片技术发展对于中国来说是一次千载难逢的机会，现在我们的科学家已经初步获得了成果。从长远来看，这项技术将会给中国的经济以及科学技术带来巨大的潜能。相信未来几年时间内，中国的石墨烯芯片技术，将会逐渐成熟起来，给中国带来巨大的利益。

石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。中国科学院成都有机化学有限公司中科时代纳米材料事业部于2011年推出了石墨烯类产品。目前中科时代纳米的产品包括各种类型碳纳米管粉体、碳纳米管分散液及浆料、碳纳米管阵列、碳纳米管纤维、碳纳米管薄膜、碳纳米管薄膜胶带、半导体型单壁碳纳米管、石墨烯、石墨烯薄膜、石墨烯泡沫、氧化石墨烯、纳米石墨烯片、富勒烯及其相关应用产品，如锂离子电池用导电剂、碳纳米管散热涂料、碳纳米管导电发热涂料、碳纳米管透明导静电涂料、碳纳米管导电填料、碳纳米管功能母粒以及碳纳米管环氧复合物等。目前中科时代纳米多壁碳纳米管产能达300吨/年，碳纳米管浆料产能达2000吨/年，高纯度单壁碳纳米管产能达到500公斤/年，石墨烯30吨/年、纳米石墨片产能达50吨/年。可惜中科时代纳米没注意保密，其生产技术被美国间谍偷去了。

石墨烯应用领域中科院近期发布的一份报告指出，石墨烯的研究和产业化发展持续升温，从石墨烯专利领域分布来看，其应用技术研究布局热点包括：石墨烯用作锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示触摸屏、透明电极等。主要集中在如下四个领域：传感器领域。石墨烯因其独特的二维结构在传感器中有广泛的应用，具有体积小、表面积大、灵敏度高、响应时间快、电子传递快、易于固定蛋白质并保持其活性等特点，能提升传感器的各项性能。主要用于气体、生物小分子、酶和DNA电化学传感器的制作。新加坡南洋理工大学开发出了敏感度是普通传感器1000倍的石墨烯光传感器;美国伦斯勒理工学院研制出性能远超现有商用气体传感器的廉价石墨烯海绵传感器。储能和新型显示领域。石墨烯具有极好的电导性和透光性，作为透明导电电极材料，在触摸屏、液晶显示、储能电池等方面有很好的应用。石墨烯被认为是触摸屏制造中最有潜力替代氧化铟锡的材料，三星、索尼、辉锐、3M、东丽、东芝等龙头企业均在此领域作了重点研发布局。美国德州大学奥斯汀分校研究人员利用KOH对石墨烯进行化学修饰重构形成多孔结构，得到的超级电容的储能密度接近铅酸电池。密歇根理工大学科学家研发出一种独特蜂巢状结构的三维石墨烯电极，光电转换效率达到7.8%，且价格低廉，有望取代铂在太阳能电池中的应用。东芝公司研发出石墨烯与银纳米线复合透明电极，并实现了大面积化。半导体材料领域。石墨烯被认为是替代硅的理想材料，大量有实力的企业均开展了石墨烯半导体器件的研发。韩国成均馆大学开发出了高稳定性n型石墨烯半导体，可以长时间暴露在空气中使用。美国哥伦比亚大学研发出石墨烯-硅光电混合芯片，在光互连和低功率光子集成电路领域具有广泛的应用前景。IBM的研究人员开发出了石墨烯场效应晶体管，其截止频率可达100GHz，频率性能远超相同栅极长度的最先进硅晶体管的截止频率。生物医学领域。石墨烯及其衍生物在纳米药物运输系统、生物检测、生物成像、肿瘤治疗等方面的应用广阔。以石墨烯为基层的生物装置或生物传感器可以用于细菌分析、DNA和蛋白质检测。如美国宾夕法尼亚大学开发的石墨烯纳米孔设备可以快速完成DNA测序。石墨烯量子点应用于生物成像中，与荧光体相比具有荧光更稳定、不会出现光漂白和不易光衰等特点。石墨烯在生物医学领域的应用研究虽处于起步阶段，但却是产业化前景最为广阔的应用领域之一。本回答被网友采纳

目前石墨烯的制备主要有两种方法，第一种是CVD法，可以降石墨烯沉积与一些基底上，这种方法制备的石墨烯导电性较好，且方便做到透明，目前主要应用于电子器件的制备上，但成本较高。第二种方法为氧化还原法，即利用Hummers法法先剥离层状石墨为氧化石墨烯，然后再通过一系列还原的方法将其还原成石墨烯。这种方法制备的材料导电性较差，但可以做到多孔结构且成本较低，多应用于超电与锂电电极制备领域。制备石墨烯还有其他方法例如，机械玻璃法，化学直接合成等，但应用非常少。

　　目前，石墨烯从制备工艺大概分两种，一种是化学气相沉积（CVD）法、一种是剥离法。通常所说的石墨烯，为单层石墨烯片，是指用CVD法制做出结构比较完整的石墨烯片，而通过剥离方法做出的石墨烯，有单层，但的是多层。所以，剥离法生产的石墨烯，又称“微片石墨烯”、“小片石墨烯”。

由于石墨烯独有的特性，被称为“神奇材料”，科学家甚至预言其将“彻底改变21世纪”。曼彻斯特大学副校长Colin Bailey教授称：“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的各种应用，从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯片。”中国在石墨烯研究上也具有独特的优势，从生产角度看，作为石墨烯生产原料的石墨，在我国储能丰富，价格低廉。另外，批量化生产和大尺寸生产是阻碍石墨烯大规模商用的最主要因素。而中国最新的研究成果已成功突破这两大难题，制造成本已从5000元/克降至3元/克，解决了这种材料的量产难题。利用化学气相沉积法成功制造出了国内首片15英寸的单层石墨烯，并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上，制备出了7英寸石墨烯触摸屏。正是看到了石墨烯的应用前景，许多国家纷纷建立石墨烯相关技术研发中心，尝试使用石墨烯商业化，进而在工业、技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。欧盟委员会将石墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”，设立专项研发计划，未来10年内拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石墨烯研究所（NGI），力图使这种材料在未来几十年里可以从实验室进入生产线和市场。全球大约有80多个国家和地区开展石墨烯及其应用研究，主要有美国、中国、日本、韩国、英国、德国、法国、西班牙、俄罗斯、澳大利亚、马来西亚、新加坡等国。

石墨烯（二维碳材料）石墨烯（Graphene）是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。在2015年末硼烯发现之前，石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子（氦原子）也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。[1]英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。[2] 2018年3月31日，中国首条全自动量产石墨烯有机太阳能光电子器件生产线在山东菏泽启动，该项目主要生产可在弱光下发电的石墨烯有机太阳能电池（下称石墨烯OPV），破解了应用局限、对角度敏感、不易造型这三大太阳能发电难题。[3]随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破，石墨烯的产业化应用步伐正在加快，基于已有的研究成果，最先实现商业化应用的领域可能会是移动设备、航空航天、新能源电池领域。基础研究石墨烯对物理学基础研究有着特殊意义，它使得一些此前只能在理论上进行论证的量子效应可以通过实验经行验证。在二维的石墨烯中，电子的质量仿佛是不存在的，这种性质使石墨烯成为了一种罕见的可用于研究相对论量子力学的凝聚态物质——因为无质量的粒子必须以光速运动，从而必须用相对论量子力学来描述，这为理论物理学家们提供了一个崭新的研究方向：一些原来需要在巨型粒子加速器中进行的试验，可以在小型实验室内用石墨烯进行。[39]零能隙的半导体主要是单层石墨烯，这种电子结构会严重影响到气体分子在其表面上的作用。单层石墨烯较体相石墨表面反应活性增强的功能是由石墨烯的氢化反应和氧化反应结果显示出来的，说明石墨烯的电子结构可以调变其表面的活性。另外，石墨烯的电子结构可以通过气体分子吸附的诱导而发生相应的变化，其不但对载流子的浓度进行改变，同时可以掺杂不同的石墨烯。[40]传感器石墨烯可以做成化学传感器，这个过程主要是通过石墨烯的表面吸附性能来完成的，根据部分学者的研究可知，石墨烯化学探测器的灵敏度可以与单分子检测的极限相比拟。[41]石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感。[42]石墨烯是电化学生物传感器的理想材料，石墨烯制成的传感器在医学上检测多巴胺、葡萄糖等具有良好的灵敏性。[6]