一文速览石墨烯的奥秘

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一文速览石墨烯的奥秘

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https://m.elecfans.com/article/6457637.html

石墨烯，这种由碳原子构成的二维材料，自2004年被成功分离以来，就以其独特的物理性质和广阔的应用前景，成为了材料科学领域的研究热点。本文将带你深入了解石墨烯的奥秘，从其基本性质到产业链发展，全面解析这种被誉为“新材料之王”的神奇物质。

石墨烯：一种未来革命性的材料

石墨烯是碳的同素异形体，碳原子以sp²杂化键合形成单层六边形蜂窝晶格。这种独特的晶体结构使得石墨烯能够构建出富勒烯（C60）、石墨烯量子点、碳纳米管、纳米带、多壁碳纳米管和纳米角等衍生材料。

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。也被誉为“新材料之王”、“黑金”。

石墨烯的多样化形态与性能

石墨烯按照层数可分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯。按照功能化形式可以分为氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯等。按照外在形态、又可分为片、膜、量子点、纳米带或三维状等。

石墨烯具有超强导电性、良好的热传导性、良好的透光性、溶解性、渗透率、高柔性和高强度等出色的材料特性。它的的应用领域非常广泛，主要集中在基础学科、新能源电池、柔性显示屏、传感器及复合材料等领域。

石墨烯产业链趋于完善，下游需求领域不断拓展

石墨烯材料本身表现出优异的性能，其下游应用领域非常广泛，可应用在电池电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面，且在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。

石墨烯产业链上游的原料为石墨，中国是全球最大的石墨生产国，但可开采储量仅为全球第二，占世界总储量的 25%，静态可开采年限仅为 116 年，在全球主要的石墨生产国中，仅高于挪威。

石墨烯产业链中游主要为石墨烯的制备。石墨烯的制备分为两种：（1）“自上而下”：从石墨块原材料出发，将单层或几层原子厚度的石墨烯层从石墨块中剥离出，例如“液相剥离法”、“机械剥离法”等；（2）“自下而上”：从碳原子或碳化合物分子结构出发，如 CH4､C2H2 等，利用晶体生长重新排列出石墨烯，例如“化学气相沉积法”、“小分子化学合成法”、“外延生长法”等。不同制备方法获得的石墨烯在品质和成本上差异较大，与之相关的产品的适用领域也有一些差异。石墨烯薄膜主要由气相沉积法和外延生长法等制备，其中化学气相沉积法可以制备大尺寸的石墨烯薄膜，是目前被认为最有希望实现石墨烯薄膜大规模制备的方法。

全球石墨烯行业市场规模呈稳步增长态势。据预测，未来两年石墨烯将保持增速。我国石墨烯目前应用最广泛的下游领域是新能源相关领域，是行业超高增长的主要驱动者。石墨烯在新能源超级电容与锂电池导电剂领域市场规模在50 亿元左右，占全国市场份额的 71.4%，其中，石墨烯在防腐涂料、复合材料、生物传感器等领域的应用也占额较多且备受关注，节能环保和电子信息柔性显示领域也有一定的涉及。

全球石墨烯产业处于起步阶段，静待下游大规模应用

全球石墨烯行业仍处于产业化起步阶段。市场以石墨烯粉体和石墨烯薄膜为主导，尽管大规模生产仍存在一定困难，但未来发展空间广阔。

从市场规模来看，2014 年以来，全球石墨烯市场规模快速增长，2019 年全球石墨烯市场规模约为 1.1 亿美元，预计在 2025 年达到 21 亿美元，2020 至 2025 年石墨烯复合年增长率将达到 40%，尤其是散热材料、新能源电池、柔性显示和复合材料市场。石墨烯因其优秀的材料特性具有巨大的潜力。