石墨烯被廣泛認為是21世紀的“神奇材料”，它的起源並不引人注目。這種二維材料最早於2004年問世，當時曼徹斯特大學(University of Manchester)的兩位教授使用透明膠帶從一塊石墨上剝下石墨烯薄片。
這種材料是碳的結晶同素異形體，與鑽石和石墨具有相同的特性。簡單地說，這三個碳原子都是由碳原子以不同的方式結合在一起構成的。例如，石墨由六角形晶格中的碳原子結合而成，而石墨烯則由單片石墨構成。
當然，僅僅知道石墨烯的組成並不能解釋為什麼這麼多人對此感到興奮。為了更好地瞭解石墨烯的應用前景，對石墨烯的基本原理(包括生產、用途和未來)進行簡要概述。
石墨烯生產
如前所述，石墨烯的歷史很短，2004年首次採用上述透明膠帶法生產，現在也稱為微機械剝離技術。石墨烯旗艦產品的使命是將石墨烯帶出實驗室，投入社會。該工藝的優勢在於其廉價和低設備要求。也就是說，透明膠帶方法不能大規模執行。因此，開發了其他生產方法。
例如，石墨烯可以通過化學氣相沉積在碳化硅和其他基底上生長。除此之外，當天然石墨被放入溶液中時，石墨烯薄片就可以形成。石墨烯旗艦產品稱，直接化學合成還可用於製造“幾何形狀清晰的小型石墨烯結構”。
然而，到目前為止，世界各地的科學家仍在研究大規模生產石墨烯的新方法。2017年1月，堪薩斯州立大學的物理學家獲得了一項三步法生產三種元素石墨烯的專利。科學家們使用了火花塞、氧氣和碳氫化合物氣體等材料，據說這種方法有助於石墨烯的快速大規模生產。
2018年4月，麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)的一個團隊發佈了自己的批量生產石墨烯的方法，使用的是卷對卷法，這是一種製造薄箔的常用方法。然後，工程師們使用化學氣相沉積加熱箔片，並將其暴露在碳和其他氣體的混合物中。
近年來，許多公司也開始利用自己的方法來生產石墨烯。其中一個例子是NanoXplore (TSXV:GRA)，該公司計劃在2020年建成一座年產1萬噸石墨烯的工廠。這些只是一些機構和公司試圖使大規模石墨烯生產成為可負擔得起的現實的例子。
石墨烯的應用
最先製造石墨烯的教授們最終憑藉他們對這種材料的研究獲得了諾貝爾獎，而對石墨烯所能做的事情的快速一瞥，就很容易明白其中的原因。
正如《衛報》所解釋的那樣，石墨烯令人印象深刻的一系列特性包括:導電性能優於銅，不透氣性好，強度是鋼的200倍，但重量是鋼的6倍，而且“幾乎完全透明，因為它只吸收2%的光”。此外，“可以在其表面添加化學成分來改變其性質。”曼徹斯特大學在解釋這些特性如何發揮作用時指出，石墨烯正在許多行業取得進展，比如交通、醫藥、電子、能源、國防和海水淡化。
具體的例子,說明石墨烯可用於未來的電池空間在2015 -研究人員發現,這種材料可以雙鋰離子電池的壽命,後上升到前臺特斯拉(納斯達克:廠商)開設了鋰離子電池gigafactory。三星(KRX:005930)自2017年以來一直在研究一種石墨烯電池，為其手機提供續航動力。據推測，三星公司2019年的旗艦手機Galaxy S10將使用石墨烯電池，但最終沒有實現。
石墨烯的另一個潛在應用領域是透明導電薄膜。
據《R&D》雜誌報道，這些元件被用於需要電壓/電流和光輸入/輸出的光電子應用，如OLED照明、pholtovoltaics和觸摸屏。
石墨烯的應用也在其他幾個地方進行了探索。例如，Directa Plus (LSE:DCTA)正在開發基於石墨烯的紡織品，並於2018年推出了世界上第一款石墨烯增強牛仔褲和夾克，同時與Arvind簽署了一項協議，開發石墨烯產品在印度銷售。
與此同時，第一石墨烯公司一直在測試其作為納米流體冷卻劑的PureGraph產品，稱該產品的導熱係數比傳統的冷卻方式提高了60%。首先，石墨烯還在採礦業測試了它的產品，可以延長設備的磨損壽命。
未來的前景
展望石墨烯領域的未來，IDTechEx研究公司預計，到2027年，石墨烯行業的年產量將達到3800噸，價值超過3億美元。儘管如此，該研究公司預計該行業至少在2021年前仍將處於“產能過剩狀態”。IDTechEx研究指出，到2027年，儲能和複合材料等行業將佔據石墨烯市場的大部分，分別佔25%和40%。
研究機構outlet Markets和Markets表示，到2020年，全球石墨烯市場規模將達到約2.79億美元，2015年至2020年的增長率為42.8%。該公司表示，推動這一增長的是亞太地區，預計該地區將擁有全球最快的增長速度。市場和市場顯示，該地區的增長將主要依賴於其高經濟增長率、製造業、低勞動力成本和不斷增長的石墨烯應用專利。
類似地，研究和市場表示，石墨烯市場預計將在2018年至2026年間以40%的複合年增長率(CAGR)增長。印刷電子產品需求的增長將是該行業的驅動力之一。到2025年，石墨烯的市場規模將達到5.523億美元，年複合增長率將達到38%。石墨烯的電子應用收入將是主要貢獻因素。
文章轉載自公眾號：石墨烯雷達