Question

石墨烯真的这么神奇吗？

Answer 1

众所周知，我们是生活在一个三维的空间里，而在石墨烯出现之前，所有已知的元素也都是以三维的结构存在的。而石墨烯的结构却很神奇，说白了它就是单层的石墨，是一种存在于二维空间的材料。学界对石墨烯的定义：一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料 。

由于石墨烯特立独行的二维结构，让它成为了一种价值巨大的材料。首先是它超乎想象的轻，却异常坚固，它的强度是钢的300倍，却具有很好的柔韧性。并且石墨烯还是一种几近完美的导热材料，导热系数高达3000-5000 W/m·K，这数值几乎能够秒杀几乎所有金属的导热性了。另外由于石墨烯特殊的结构，拥有非常高的电子迁移率，也就是电子在石墨烯上就像进入无人之境一样可自由迁移。

说起石墨烯，几乎是众所周知的，其优异的电学性能和机械性能被誉为世界最强晶体之一，它在电子芯片、光学仪器、生物医疗、电磁学和传感器等领域里有着广泛性的应用。可以说，不管是在军用还是民用上未来会是一种普遍运用的新型材料，其前景广阔。

众所周知，传统芯片是由硅基材料制成的，而中科院以石墨烯这种新型材料制成了碳基芯片，那么这两种芯片材料不同，性能也就不同。石墨烯芯片处理电信号的能力要强于传统硅基芯片，此外，它的稳定性也得到了很大的提升。

在发现石墨烯以前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以，它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯能够在实验中被制备出来。这个挑战物理学的发现到了产业化过程时，异常地艰难，目前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），但大部分停留在实验室制备阶段，很难大批量量产。

其次，从表面化学的角度看，石墨烯存在许多潜在的应用价值，然而由于缺乏适用于传统化学方法的样品，化学领域的研发、应用还存在许多困难，短期内恐怕难有重大突破。目前，我国在工商部门注册、营业范围包括石墨烯相关业务的企业已达到1.68万家。全国已成立石墨烯产业园29个，石墨烯研究院54家，石墨烯产业创新中心8个，石墨烯联盟12个。

从石墨烯领域发表的论文数量来看，2011年起，我国就在全球领先，目前占比超过全球的三分之一。石墨烯领域专利申请数量在我国也是最多的，约占全球七成。

从总体上看，石墨烯的许多相关产品目前尚处在研发和概念机阶段，离大规模制造和商业化还有较大距离。