胡聖霞
在過去的25年裡，材料科學領域取得了許多令人興奮的進展。也許沒有一種物質能像石墨烯那樣引起人們的熱情和興奮。
這種物質是單原子厚度的純碳薄片。石墨烯的強度估計是鋼的200倍，和橡膠一樣柔韌，導熱和導電效率極高。此外，因為它只有一個原子那麼厚，所以它幾乎是二維的，賦予它許多有趣的與光和水有關的性質。
石墨烯不是一種天然存在的物質。儘管自20世紀60年代以來物理學家們就已經提出了這一理論，但直到2004年才首次提出。
當時的生產方法使石墨烯的使用成本高得令人望而卻步，然而，在過去十幾年裡，學術界和企業研究人員在降低生產成本方面取得了巨大進展。
隨著這些成本逐年下降，石墨烯有望在醫藥、電子、計算等領域掀起一場革命。
材料和研發概述
雖然石墨烯可能已經引起了公眾的極大興趣，但它究竟會產生多大的影響還有待觀察。
每一天，物理學家和化學家都在更深入地研究物理世界，越來越多地瞭解我們世界的組成部分，以及如何利用它們來構建新事物。
顯著發展及趨勢
2004年石墨烯被發現後不久，《材料》雜誌的編輯團隊今天整理出了過去50年材料科學領域的十大突破。
值得注意的是，石墨烯並未出現在名單中，但目前存在一些最大的發現領域和商業利益，包括：
碳纖維增強塑料-用於賽車、自行車和其他用途；
鋰離子電池材料-用於筆記本電腦和手機；
碳納米管——目前很少有商業應用，但它們很可能在新興納米技術中發揮核心作用；
超材料——最近的相關實驗產生了隱形斗篷的原型。
然而，到2013年，美國機械工程師協會(American Society of Mechanical Engineers)將石墨烯的生產列為機械工程五大趨勢之一，同時指出：
電子墨水，可以讓人們“寫”自己的電路板；
多鐵氧體，可顯著提高數據存儲能力；
納米陽極，可以快速製造可充電電池。
材料研發的主要參與者
由於它們的各種應用，材料科學的研究是由不同的參與者進行和資助的。許多政府為有可能產生切實經濟影響的創新提供研究資金。軍方對這些發現有很多興趣，例如，美國陸軍為圍繞隱形衣的超材料實驗提供了資金。學術界往往在研究方面處於領先地位，取得突破的往往是來自不同大學的研究團隊。在政府、軍隊和高等教育機構之外，材料科學研究的許多直接投資來自企業。
石墨烯的發現
1962年，化學家漢斯-彼得·伯姆(hans - peter Boehm)在《無機與普通化學雜誌》(Journal of無機and General Chemistry)上發表的一篇論文中描述了石墨烯的存在。
但在2003年，當時在曼徹斯特大學(University of Manchester)學習的俄羅斯物理學家安德烈
他使用透明膠帶拉出越來越薄的石墨層，然後溶解膠帶，這最終給他留下了石墨烯的第一個實例。
2004年，海姆和他的研究同事科斯坦丁·諾沃塞洛夫(Kostantin Novoselov)發表了一篇關於這一發現的學術論文，這篇論文後來成為物理學領域被引用最廣泛的論文之一。由於這項工作，他和諾沃塞洛夫在2010年獲得了諾貝爾物理學獎。
石墨烯的性質
石墨烯是由緊密結合在一起的碳原子組成的六角形晶格。它的sp2雜化-碳原子之間的雙鍵，加上它特別薄的原子厚度，燃料其特殊的性質。
它如此有效地傳導電和熱的能力被認為是碳鍵非常小而強的作用。石墨烯由奇異的碳原子組成，除了重量極輕之外，它還非常薄，實際上是二維的。
石墨烯的優點
石墨烯的優點與其性質緊密相關，這使得它作為生產多種商業產品的原材料極具吸引力。簡而言之，石墨烯的主要優點在於其高導電性——導電性是硅的200倍，導熱效率也非常高;
薄-足夠被認為是透明的二維材料；強度——大約是鋼的200倍;而且柔韌，同時保持其強度和導電性。
石墨烯生產
石墨烯的製備方法主要有四種：機械剝離法、外延法、化學氣相沉積法和氧化還原法。
機械剝離法
石墨烯的學術和商業應用，即機械剝離，是對海姆和諾沃塞洛夫首次生產石墨烯過程的改進。它生產不同大小(粉末形式)的薄片，這些薄片在體積上被認為是天然石墨烯。這些很容易在聚合物、塗料和潤滑劑生產中得到應用。還存在液相剝落，即石墨懸浮在液體中，然後暴露在高頻聲波下，形成石墨烯薄片。
外延生長法
通過外延(也稱為化學氣相沉積或CVD)生產石墨烯，需要在氣態大氣中對碳化硅、鎳、銅或銥等表面進行熱處理，從而將基底還原為石墨烯。它生產了一種石墨烯薄膜(被認為是合成石墨烯)，這種薄膜不含天然石墨烯中的雜質，易於用作各種電子應用，甚至可能用於服裝。這也是兩種方法中比較昂貴的一種。
化學氣相沉積法
將碳氫化合物甲烷、乙醇等通入到高溫加熱的金屬基底表面，反應持續一定時間後進行冷卻，冷卻過程中在基底表面便會形成數層或單層石墨烯。製備所需條件苛刻，需要高溫高真空。成本高，生長完成後需要腐蝕銅箔的到石墨烯。
氧化還原法
先用強氧化劑濃硫酸、濃硝酸、高錳酸鉀等將石墨氧化成氧化石墨，氧化過程即在石墨層間穿插一些含氧官能團，從而加大了石墨層間距，然後經超聲處理一段時間之後，就可形成單層或數層氧化石墨烯，再用強還原劑水合肼、硼氫化鈉等將氧化石墨烯還原成石墨烯。
石墨烯的商業用途
雖然石墨烯仍然是一種相對較新的材料，但許多公司都在競相採用它。這些公司包括但不限於三星(Samsung)、IBM、華為、谷歌、SanDisk和蘋果(Apple)等大牌電子產品，這些公司正在尋找將其整合到產品中的方法。2013年，一份英國知識產權專利報告指出，三星在石墨烯相關專利方面領先所有公司，全球共有405項。基於英國的應用石墨烯技術和其他技術，正在迅速擴大其石墨烯的研究和生產，以滿足需求。
石墨烯應用的挑戰
石墨烯商業化應用面臨的最大挑戰是生產成本。石墨烯的製造過程本身還處於初級階段，雖然它們可以可靠地生產石墨烯，但它們還需要進一步細化，以降低價格。另一個重大挑戰是石墨烯是一種良導體，無法被切斷。它缺乏所謂的帶隙，這意味著它不能用於電力系統;然而，最近的研究已經看到了解決這個問題的有希望的進展。
石墨烯市場的預期增長
大多數專家認為石墨烯具有巨大的潛力。不僅公司和大學競相獲取專利，石墨烯廣泛的潛在應用也確保了需求將繼續增長。
2013年，歐盟就宣佈計劃為石墨烯研究提供10億歐元的資金，該研究將在未來10年推動創新和就業增長。
石墨烯的當前和潛在應用
企業和學術研究人員的熱情是可以理解的。石墨烯目前和潛在的應用是驚人的，可能會給許多產品、市場和領域帶來革命性的變化。
這些包括：
醫學
應用包括生物電傳感器和生物成像設備的發展，藥物和基因傳遞，更有效的強效消毒劑，以及DNA測序——當然，還有待安全和臨床試驗。
人工植入物也在探索中，它將直接連接到你的神經系統，利用石墨烯的導電特性。
石墨烯還可用於生產更有效的脊柱外科設備。
計算
石墨烯可以從根本上提高計算機芯片的處理能力。2014年1月，IBM宣佈他們已經制造出比標準芯片快1萬倍的石墨烯芯片。由於石墨烯的帶隙，這是一個模擬芯片，而不是數字芯片。但未來的研發很可能會給我們帶來基於石墨烯的cpu，其功能比我們目前的設備強大幾個數量級，能耗更低。
電子產品
石墨烯愛好者一直在鼓吹石墨烯在普通電路中取代硅的潛力，但帶隙仍然是一個挑戰。
然而，石墨烯的透明性和靈活性無疑將最終改變電子領域。
科學家們一直在試驗快速充電電池、高品質耳機、靈活的電子產品、功能更強的光電傳感器、以及幾乎牢不可破的觸摸屏等應用。
將石墨烯集成到光電子領域，可能最終開發出可更新的電子紙，以及其他令人興奮的新突破。
水淨化
石墨烯可以過濾水，幾乎不需要其他任何東西，因此它可能是最有效的水過濾材料。洛克希德·馬丁公司正在開發一種石墨烯水過濾器，他們聲稱這種過濾器可以將海水淡化廠的能源成本降低99%，但目前還沒有投放市場。
石墨烯的生產仍然是一個挑戰，但氧化石墨烯更容易生產，具有類似的水相關特性，而且更容易、更便宜。這不僅可以在世界範圍內(特別是在發展中國家)增加飲用水的數量方面發揮重要作用，而且可以對酒精蒸餾方法產生巨大的影響。
防水材料
儘管石墨烯是一種非常高效的水過濾器，範德比爾特大學(Vanderbilt University)的研究人員已經找到了將其應用於其他材料的方法，使這些材料要麼變得高吸水性，要麼變得超級排斥。
當您考慮防水材料、電子產品和建築物時，它具有巨大的商業潛力。
能量儲存
石墨烯傳導熱量和電能的能力非常有效地幫助它開發出更快速充電的電池。
加州大學洛杉磯分校(UCLA)和其他地方正在開發的石墨烯智能手機電池原型僅幾秒鐘就充滿電。基於石墨烯的超級電容器正在探索最終應用於手機和其他便攜式設備。
另一項應用是生產更熟練的光伏電池，這種電池可以用於服裝，對開發可穿戴技術的公司特別有興趣，比如可穿戴太陽能。甚至美國軍方也在研究光伏發電技術，為該領域的軍事設備提供動力。隨著石墨烯研究和開發的繼續，它將毫無疑問地集成到商業和軍事光伏生產中。
其他應用程序
石墨烯與其他材料的結合，如塗料、塑料和聚合物的生產，正在探索中。以石墨烯為基礎的塗料，應用於設備或房屋，也可以存儲太陽能，為設備或家庭供電。石墨烯的強度和重量較輕，有利於利用塑料和聚合物(如汽車和飛機零部件)生產商品和零部件。石墨烯與塑料或聚合物的複合材料可能在短短几年內成為從自行車到風力渦輪機等各種產品的行業標準。
石墨烯也被研究作為3D打印的潛在材料。3D打印是一種增材製造工藝，打印機可以從一個數字文件中快速生成三維物體。這個過程已經被用於打印像燈罩這樣簡單的物體和像單層房屋一樣複雜的物體。
石墨烯的應用和需求正在急劇增加，價格也在顯著下降。我相信石墨烯將在不久的將來出現在許多消費和工業應用中。
石墨烯資訊
你可以去寧波看看，幾年前率先工業化生產。之前，全世界石墨烯都是在實驗室製備。順便你可以在寧波看看石墨烯應用。建議你重點看看寧波新能源的超級電容器。美國單體容量是三千五法拉，寧波是六萬法拉（2017年中國智博會展出，現在達到多少？不知道。）。這裡就有石墨烯應用。
BP蟲
您好，石墨烯本身量產沒問題，主要石墨烯的下游應用。其實下游應用能產業化的並不多，目前三星的石墨烯透明導電膜是CVD法制作的，不過距離量產還有很長的路要走，畢竟CVD方法有限制。另外重慶元石盛石墨烯薄膜公司，擁有卷對卷工藝生產線，能年產百萬級平米的石墨烯透明導電膜，相信產業化不遠了。
熱愛新媒體運營
石墨烯的發展目前還是集中在理論研究生，實際應用的還是比較少，有部分企業已經開始進行實用性研究了，估計不遠的將來就會應用到生活中。
