杨薇弘，张秋禹

(西北工业大学 化学与化工学院，西安 710129)

0 引言

石墨烯是一种碳原子以sp2杂化方式连接的二维碳纳米材料，厚度仅为单原子或几个原子(图1)，具有着独特的结构和物理化学性质，应用前景广阔。2004年，Geim和Novosolev首次采用机械剥离的方法从石墨中分离出石墨烯，随后得到了研究人员的广泛关注。石墨烯强大的面内共价键与超薄的厚度相结合，使得材料坚固且柔韧；声子和电子被限制在二维空间中，可以实现石墨烯在热、电和磁领域的应用；由于π电子在平面内的运动，在室温下石墨烯具备优异的导电性和高载流子速率(15 000 cm2/(Vs))；石墨烯具有2630 m2/g的高理论比表面积，因此也具有良好的催化性能。无缺陷的单层石墨烯固有强度可达130 GPa，理论杨氏模量可达(1.0±0.1)TPa，石墨烯具有优异机械性能的原因在于形成六边形晶格的sp2杂化方式的稳定性(表1)。单层石墨烯可拉伸至其初始长度的240%或使用磁场扭曲而不会断裂。这均表明石墨烯拥有着优异的力学性能。石墨烯增强复合材料是由石墨烯及基体通过特殊复合工艺形成的具有优异性能的材料，可广泛应用于航空航天领域。

图1 石墨烯结构示意图

石墨烯增强金属结构材料具有良好的耐温性，可用于航空发动机的高温部件，如图2所示；石墨烯材料的高导电性可用于机身防雷击；石墨烯的高强度可应用于轻质光推进器。此外，石墨烯的高透光性可应用于航天太阳能电池领域；其优异的摩擦性能有望成为新型航天润滑材料；……