石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。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，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，并证实它可以单独存在，两人也因“二维石墨烯材料的开创性实验”共同获得了2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯目前是世上最薄最坚硬电阻率最小的纳米材料，它几乎是完全透明的。因此，它被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。石墨烯应用面很广，太阳能电池、传感器、纳米电子、高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域都具有广泛应用前景。

 

　　电子领域的应用。石墨烯可替代晶硅应用在芯片领域，将芯片速度提高到THZ级别。全球每年半导体晶硅的需求量在2500吨左右，如果将石墨烯替代1/10的晶硅制成高端集成电路，市场价值至少在5000亿元以上。石墨烯也可制成锂离子电池负极材料，大幅提高电池性能。石墨烯还可制成超级电容器，充电时间只需1毫秒。总之，石墨烯在电子领域可替代的空间很大。

 

　　新材料领域的应用。将石墨烯添加到塑料、橡胶、涂料等基体中，可大幅增强产品的强度、韧度、导电性及传热性等。在复合材料领域的应用是目前石墨烯最大的产业化应用。另外，将石墨烯作为导体材料制成显示器件，将增强器件的韧度，制成可以折叠的薄膜显示器。

 

　　饮用水提炼领域的应用。据报道，洛克希德·马丁公司已发明了能够生产低耗能薄膜的技术，从而可协助薄膜生产商研发新一代的低成本海水淡化设施。由于石墨烯非常薄，因此无需消耗太多能源就可以强迫海水穿过薄膜，滤去海水中的盐分。

 

　　有机薄膜太阳能电池领域的应用。在太阳能电池中使用石墨烯作为中间电极，可以呈现透明状态且与半导体层的相容性较高。这是太阳能电池中间电极材料必须同时兼具的两个性质。

 

　　柔性触摸屏领域的应用。韩国三星公司和成均馆大学的研究人员致力于用石墨烯制造柔性触摸屏。韩国研究人员在一个63厘米宽的柔性透明玻璃纤维巨制板上，制造出了一块电视机大小的纯石墨烯。这是迄今为止“块头”最大的石墨烯。随后，他们用该石墨烯块制造出了一块柔性触摸屏。三星已经制定了利用石墨烯产品群的开发蓝图。开发蓝图中的第一个研发目标就是把石墨烯用做透明导电膜的触摸面板。或许在不久的将来，我们的智能手机和上网笔记本可以以另一种方式携带，比如卷起来夹在耳朵上，塞在口袋里，或者围在手腕上。

 

　　目前，石墨烯产业化进程还需时日。从供应上看，行业仍在量产摸索阶段，主要的制备方法有微机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法和气相沉积法。其中，氧化石墨还原法由于制备成本相对较低，是目前主要的制备方法。目前国内还没有能够实现石墨烯批量化生产的企业或研究机构，多数企业只能少量生产，所使用的生产技术多为氧化还原法，生产出的石墨烯溶液也存有很多技术上需突破的问题。从需求上看，石墨烯没有形成下游的批量需求和应用，目前最大的应用只能是为各大科研院校提供实验使用，大规模产业应用尚需时日。石墨烯的高强度、高导电性及传热性等特性能够在航天军工、锂离子电池、超级电容器等多个高科技领域有潜在应用，但由于其成本过高，一直都处于研发阶段。从目前的技术发展来看，最有可能实现工业化使用的石墨烯下游行业，是复合材料领域和显示技术领域。

 

　　（作者系大连舰艇学院教授）