石墨烯以其高強度、高導電性、極輕薄等優(yōu)勢,使其在電子、航天、軍工、生物、新能源、半導體等領域具有廣闊的應用潛力，成為國際上的研究熱點和競爭焦點。工業(yè)化石墨烯應用產(chǎn)業(yè)實踐，是從兩個層面進行闡述的，第一個層面是指石墨烯是工業(yè)化宏量生產(chǎn)的，第二個層面是指石墨烯走出實驗室，真正進入產(chǎn)業(yè)方面的應用實踐。石墨烯的這些性質(zhì)是一個微片所體現(xiàn)出的，大量的宏觀的石墨烯微片是不具有這樣的性質(zhì)。

石墨烯擁有其它材料所不具備的特殊性能，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1、特殊的隔氣透水的性能。雖然石墨烯只有一個原子厚，但是它對絕大多數(shù)氣體、蒸汽和液體都具有極好的抗透性，而石墨烯改性后的薄膜卻對水分子卻具有良好的透過性。

2、極高的導熱性。石墨烯理論熱導率可高達6 000 W/（m·K），比目前天然材料中熱導率最高的金剛石還要高1.5倍。

3、優(yōu)良的機械性能。實驗檢測到的石墨烯楊氏模量高達1.0Tpa，而其斷裂強度高達42N/m，是鋼的200倍，與此同時，它擁有很好的韌性，可以彎曲。石墨烯是目前為止人類已知的硬度最高的物質(zhì)。

4、超大比表面積。石墨烯比表面積的理論預測值為2 600m2/g。超大的比表面積使得石墨烯成為潛力巨大的儲能材料。

5、優(yōu)異的電學性能。石墨烯穩(wěn)定的晶格結構決定了它優(yōu)異的導電性，它的電子遷移率最高可達200 000cm2/（V·s），是當前廣泛使用的硅材料的102～103倍，遠遠超過其他半導體材料。石墨烯是目前已知導電性最出色的材料。

二、石墨烯的制備技術介紹

目前在工業(yè)上熟知的主流制備石墨烯的方法主要有化學氣相沉積法、插層石墨法和氧化還原法等。

1. 氧化還原法

氧化還原法是目前公認的最容易實現(xiàn)石墨烯工業(yè)化生產(chǎn)的方法。其基本原理是以石墨為原料，先在溶液中用強酸處理成石墨插層化合物，然后加入強氧化劑對其進行氧化，在石墨烯表面引入含氧官能團，得到能夠在溶液中分散的氧化石墨烯，最后通過各種還原法將其還原得到不同片徑大小的石墨烯粉體和分散液。此法成本低廉，制備工藝簡單?？紤]到還原的徹底性，石墨烯片層中存在一定量的含氧官能團。

2. 插層石墨法

通過對天然石墨片層中插入一些分子、離子或者原子團后形成一種膨脹石墨，然后對其進行加熱膨脹或者超聲震蕩處理后得到厚度為幾十納米左右的石墨烯納米片。該工藝的優(yōu)點在于生產(chǎn)過程較為簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)制備；但在插層過程中會不可避免地在石墨烯片層上形成一些缺陷和官能團。

3. 化學氣相沉積法

化學氣相沉積法是目前工業(yè)上應用最廣泛的一種規(guī)模化沉積半導體薄膜的制備技術。加熱各種碳源氣體、液體甚至固體材料至一定溫度后，碳原子會在一些金屬表面生成石墨烯。此法工藝簡單，但現(xiàn)階段較高的綜合制造成本以及精確的控制加工條件制約了化學氣相沉積（CVD）法制備石墨烯的發(fā)展。

石墨烯的最新應用領域

1. 石墨烯光致電推動現(xiàn)象

石墨烯光致電推動現(xiàn)象是中國在石墨烯應用領域探索中獲得的重大發(fā)現(xiàn)，非常值得驕傲。

對于石墨烯光致電推動的機理，目前并沒有非常合理的原理解釋。《Nature》上有一篇文章對此的解釋說法如下所述：石墨烯由于其狄拉克錐形和零間隙的能帶結構而具有獨特的光電性質(zhì)，能夠有效吸收任何波長的光，而石墨烯很容易彈射熱載流子，電子彈射的方向是激光束入射的反方向，這導致了其推動石墨烯海綿的方向與激光照射方向相同。

2 .石墨烯潤滑油改進劑

石墨烯潤滑油改進劑是一款比較貼近民生的石墨烯應用產(chǎn)品。石墨烯潤滑油改進劑是將基礎油作為載體與石墨烯粉體充分混合，充分發(fā)揮石墨烯本身的潤滑性能，可以提升汽車動力，減少燃油的使用。通過長期的道路測試發(fā)現(xiàn)平均可節(jié)省燃油7%～8%。

石墨烯在摩擦表面形成保護層，并在摩擦過程中形成有助于降低摩擦系數(shù)的納米球體，石墨烯的自分散性能和不易團簇性，這是其摩擦系數(shù)持續(xù)穩(wěn)定且數(shù)值較低的主要原因。石墨烯不僅減少了摩擦腐蝕，而且還有利于減少摩擦磨損。因此，石墨烯是一種極具潛力的潤滑油添加劑。

3.石墨烯改性塑料

塑料種類繁多，而石墨烯與不同種類的塑料復合，其發(fā)揮的作用不外乎3個方面：增加強度、增強導熱性和增強導電性?？筛鶕?jù)使用石墨烯改性塑料的用途，通過控制石墨烯的添加量，使其達到不同的效果。將石墨烯少量地添加在高分子聚合物中，就能有效地改善母體材料的力學性能；隨著石墨烯添加量的增加，聚合物體內(nèi)逐漸形成了導熱網(wǎng)鏈，使得復合材料的熱導率大大提高；再增加其添加量，石墨烯在聚合物基體中形成良好的導電網(wǎng)絡而成為極具潛力的導電填料。

石墨烯改性導電塑料 能達到人體皮膚的導電效果，雖然電導率不高，卻能夠有效地防護靜電，因此石墨烯在靜電防護領域的應用前景也是非常廣闊的。石墨烯的加入可以顯著提升塑料的導電性能，但其導電性卻無法與鐵片相比。因此，在利用石墨烯進行導電方面的應用時，要有分辨性和選擇性。

4. 石墨烯改性鋰電電極

石墨烯在鋰電池領域，是應用于電極材料中，并非作為普通的導電劑與電極材料混合。采用原位聚合方法使得電極材料包裹住石墨烯，其中石墨烯起到骨架支撐的作用，避免了電極材料在充放電方面過程中晶格的坍塌造成電池壽命的下降，另外石墨烯具有一定的導電性，能夠加快充放電速度。

在改性鋰電池電極材料中（如圖10所示），石墨烯的加入一方面能夠提高能量密度20%左右，另外一方面顯著提高了鋰電池的循環(huán)壽命。

石墨烯作為一種基礎的納米材料，其獨特的性能致使其可被應用于80多個領域，它是一種技術含量非常高、應用潛力非常廣泛的碳材料，在光伏、儲能、軍工、顯示等傳統(tǒng)領域和新興領域都將帶來革命性的技術進步。

5.石墨烯改性涂料

石墨烯在涂料方面，一方面可以提高涂料的強度，另一方面可以提高涂料的導熱性。除此之外，石墨烯在防腐方面也有實踐應用，如海洋、鹽湖、風電等領域。

在使用過程中，石墨烯片層的共軛結構，在涂層中層層疊加形成致密的隔絕層，即形成致密膜，阻隔水分對涂膜的浸潤與滲透；由于石墨烯具有一定的導電性，可以破壞金屬表面的原電池反應；石墨烯具有一定的抗菌或殺菌的性質(zhì)，可以抑制海洋微生物對金屬的腐蝕作用。基于以上3個性質(zhì)，石墨烯在防腐涂料領域具有非常廣闊的應用前景，可廣泛應用于海洋工程、交通運輸、大型工業(yè)設備及市政工程設施等領域的涂裝保護。

6.石墨烯改性超電炭

石墨烯具有獨特的二維結構和出色的物理特性，使其在超級電容器中的應用具有極大的潛力，可有效改善電荷吸附材料。通過添加少量的石墨烯，可以在超電用活性炭中形成三維導電網(wǎng)絡，提升超級電容的倍率性能，其比電容得到顯著提升。經(jīng)過大量實際測試，比電容最大提升20%左右，而20%也是石墨烯改性超電炭的極限值，這個效果已經(jīng)可以使得工業(yè)用超級電容器更新?lián)Q代了。

7. 石墨烯改性活性炭

石墨烯對活性炭進行改性，在不破壞活性炭內(nèi)部結構的情況下，增加了活性炭表面官能團的含量，增加了活性炭的表面活性位點，進而提高了活性炭對有毒氣體的通用性和吸附量。另外，石墨烯本身也是一種性能良好的吸附劑，石墨烯海綿結構允許污染物在它的孔狀間隙中擴散，具有良好的吸附性能。