崔雪健 刘恩彤 康熠琳 杨奕欣 龙晓莹

(哈尔滨商业大学，黑龙江 哈尔滨 150000)

1 石墨烯的提取与合成

1.1 固相法

根据碳源物相及合成环境，其中，固相法包括机械剥离法和SiC 外延法。利用碳元素的伸缩特性，使胶带机械剥离高定向热解石墨(虽可以获得高质量石墨烯，但该方法效率低且成本高)，所以一般不会在工业生产中采用。

1.2 液相法

氧化还原法是一种常见的液相法制备石墨烯材料的方法，该方法成本低、产量高，但产物有缺陷。它是通过其在水溶液的条件下，利用其溶解性使其在稀有气体的保护下利用催化剂分离，这里用了一定的氧化还原反应，除了氧化还原放应外，也可以采用石墨烯溶解于有机溶液例如苯，酮的物质也可以分离一定的的石墨烯薄膜。

1.3 化学气相沉积法

主要用于制备石墨烯薄膜，高温下甲烷等气体在金属衬底表面催化裂解沉积然后形成石墨烯，化学气相沉积法的优点在于可以生长大面积、高质量、均匀性好的石墨烯薄膜。但缺点是成本高工艺复杂存在转移的难题，并且生长出来的一般是多晶体。

2 石墨烯的性能

石墨烯具有优良的物理性能，如：良好的导电性能，极好的强度和透光性，等。

2.1 电学性能

石墨烯的电学性能受其六边形层状对称性影响。在翻转对称的石墨烯超晶格中可以观察到拓扑电流。其拓扑电流促使电子的反转，使得其电子可以自由地移动，从而实现导电性，并且这种导电性耗能极少，这也使的电流能最大化的输出而不损耗，并且其性价比很高的缘故使得可以成为新型控电材料。说到半导体，就不能不提到硅元素，其中硅的电子价态与石墨烯的碳类似，但是因为石墨烯价电子比较稳定而且也比较简单，并且其电子的电能因为其独特的性质不会被损耗，所以石墨烯的导电性要优于其他半导体的产品。

2.2 光学性能

石墨烯的透光度(T)和反射率(R)由公式T ≡(1+2πG/c)-2和R ≡0.25π2α2T 进行计算获得，其中G=e2/4?石墨烯透明导电膜对于包括中远红外线在内的所有红外线的高透明性，是转换效率非常高的新一代太阳能电池最理想材料，并且因为其独特的电子价态结构，使得对光的吸收度和空间饱和度有这惊人的稳定系数，这也使得其透光性有其他半导体材料不可多得的优势。

2.3 力学性能

石墨烯的力学性能是用纳米压痕仪测量纳米孔上悬浮石墨烯获得的，悬浮石墨烯的弹性模量E=1.0TPa，强度σint=130GPa。石墨烯的强度比普通钢材高出100 倍，在结构材料领域具有广阔的应用前景。

3 石墨烯的应用

3.1 石墨烯新型锂电池负极材料

石墨烯电池主要运用其锂离子在石墨烯表面会吸附大量的负电子从而具有其导电性，从化学角度来说实际上是一个阴阳离子在电极中“镶嵌”和“脱离”的过程，这是其他电极材料所不具备的性能，并且以石墨烯为原料的电容具有很强的存电性，这使得电容所面临的存耗问题得到了很大的改善，西班牙Graphenano 公司同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池，其储电量是市场最好产品的三倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000 公里，而其充电时间不到8 分钟。这使得现今存在的电能存储技术得到了历史性的突破。

3.2 力学应用

通过其分子动频率和频谱分析，其力学性能有着显著的优势。石墨烯纳米带的长度和宽度都会影响石墨烯纳米带的挠度和谐振频率的变化，长度则是影响挠度和谐振频率的主要因素。因为其具有碳的吸附性，因此石墨烯也具有一定的吸附性，对电子的吸附更为显著，因此在石墨烯的表面有着致密的负电子，这因此会使其拉伸能力大大增加。石墨烯的热力学稳定性要超过其他产品，作为力学性能优异的非金属材料，石墨烯可作为新型二维增强材料的基础。

3.3 基于选择透过性的应用

大部分物质都不能从完美的石墨烯透过，但是因为石墨烯是碳碳单层结构，这使得石墨烯没有很强的致密性，其受温度和价电子的影响，使得它与细胞膜类似具有一定的选择透过性，并随着其层数的增加其选择透过性就越明显。因此，具有连碳原子都不具有的选择透过性。比如，带孔的石墨烯薄膜可以实现CO2和H2的选择性分离，且能保证很高的透过性。

4 国内石墨烯产业开发现状

虽然石墨烯有这么多的优势和特点，但是他的劣势也十分突出，它的开采和转移的难度是十分明显的，并且提取提炼的方式不环保也是现今所面临的一大难题。就黑龙江鸡西开采来说，目前面临的最大问题就是开采难度大，虽矿产丰富但缺乏技术上的支持与改革，所以无法成为新兴产业，无法发展当地的经济，这对于科技发展是一大损失。石墨烯属于新材料产业，这个产业有三高、三长(难度高、投入高、门槛高，研发周期长、验证周期长、应用周期长) 的特色，比别的行业要花的资源和精力要更多一些，更不适合新创企业来进行。

由于新材料行业具备“多、小、散、慢”的特点，在新材料产业发达的国家，行业技术变革主要依靠中小企业。但在国内，当互联网红利期结束后，投资机构将目光投向新材料，试图去挖掘、培育这个领域的独角兽公司时，却面临行业技术门槛高、回报周期长、核心技术真假难辨等因素，都是让投资机构却步不前的主因。根据统计，在投资机构的投资案例比例中，三分之一以上的发生在天使轮即项目前期研发阶段，在新材料领域只有2%左右。一旦缺少资本的力量，企业没有足够的弹药攻占技术制高点，没有核心技术又无法真正实现产业升级，进而就无法实现资本上的提升。

其实，石墨烯产品即使是普及了，并且很多石墨烯产品还是很完善可靠的。但有个关键点必须突破，那就是好的石墨烯太贵，无法在成本上有优势。同时，质量差的石墨烯没有效用。因此对开发和投资者形成两难格局。不过，这些现象会随着技术开发的深入被一一改善，高性价比的石墨烯产品在陆续问世。

石墨烯产业开发的最大瓶颈在“无知”。这个无知普遍出现在科研转化过程中。科研人员急于期待实验室成果可以实现量产；而企业界不愿投资，虽显示出强大的市场价值，但仍在基础研究阶段的项目，这些都是目前石墨烯无法产业化的主因。我们可以用个简单的逻辑去判断，如果石墨烯在微观上表现优异，而宏观上却无法突显其优势，其中的原因既有科研工作还需要进一步拓展，也有市场的认知应该更深入，同时应用开发的力度还应该更大。

5 结语

综上所述，对于石墨烯产业，新创企业或者中小企业扶持重点依然是“资金”和“加速应用”，让他们能够生存下来。现在出台的新材料保险和示范应用平台的政策都是为了加速应用而采用的政策，虽然我认为打铁还需要本身强，只有通过市场的考验才能永续经营。对于石墨烯产业，打造核心应用技术的任务还是交给有研发实力的民企来进行，因为他们是针对“市场需求”而立项的，也就是知道为何而战！高校院所是要成为他们技术创新的支撑，因为民营企业在"市场化"能力上还是比较高的。如果再加上国家、地方给予支持，那核心技术就能够长期有效地打造起来，再通过打造不同核心技术的企业示范创新中心，让更多民营企业愿意并持续进行核心技术的打造，承接国家核心技术的打造的任务，才能真正解决科研成果转化难的痛点。