石墨烯是近年來備受關(guān)注的一種二維材料，具有出色的導(dǎo)電性、機械強度和透明度等特性。作為石墨烯的衍生物，石墨烯薄膜在各個領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。本文邁貝特為大家解答什么是石墨烯薄膜以及它的特性和應(yīng)用。



一、什么是石墨烯？

石墨烯（graphene）又稱單層石墨、碳單層，是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜材料，其厚度僅相當(dāng)于1個碳原子的直徑。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；導(dǎo)熱系數(shù)高達5,300 W/(m·K)，高于奈米碳管和金剛石。

此外，石墨烯電阻率比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。由于它的電阻率極低，電子的移動速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或電晶體。石墨烯目前最有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數(shù)百倍。

簡單來說， 石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料，這種二維石墨晶體薄膜的厚度只有一個碳原子厚，強度卻是鋼材的100倍。它是目前室溫導(dǎo)電速度最快、力學(xué)強度最大、導(dǎo)熱能力最強的材料。根據(jù)它的特性，你可以把它想象成一種超級材料，從電腦、手機、電池、顯示屏、汽車等等，絕大多數(shù)日常用品中都可以有它的一席之地，相關(guān)市場空間超過萬億。

二、什么是石墨烯薄膜？

石墨烯分為石墨烯粉體和石墨烯薄膜兩大類，目前研究較多的石墨烯粉體，在制備和應(yīng)用方面都取得了一定的成果。而石墨烯薄膜主要是指通過外延生長法及化學(xué)氣相沉積法（CVD）制備出來的薄膜狀石墨烯材料。完美的石墨烯薄膜由于具有高導(dǎo)電性、高透光性、高柔韌性、高阻隔性、高機械強度、高化學(xué)穩(wěn)定性、超薄等性能，在眾多領(lǐng)域（穿戴電子產(chǎn)品、可折疊器件等）都具有廣闊的發(fā)展前景。



三、石墨烯薄膜的特性

1、單原子厚度：石墨烯薄膜的厚度僅為一個碳原子層，約為0.335納米，因此被認為是二維材料。
2、高導(dǎo)電性：具有出色的電子導(dǎo)電性能，其電子遷移率可達到10,000 cm2/Vs，是傳統(tǒng)材料的數(shù)十倍。
3、機械強度：盡管石墨烯薄膜僅有單原子厚度，但其具有出色的機械強度和柔韌性，是傳統(tǒng)材料的200倍以上。
4、透明度：對可見光有很高的透過率，約為97.7%，因此可以用于制備透明電子器件。
5、熱導(dǎo)性：具有優(yōu)異的熱導(dǎo)性，是銅的數(shù)倍，可應(yīng)用于熱管理和熱界面材料等領(lǐng)域。

四、石墨烯薄膜的應(yīng)用

1、電子器件：石墨烯薄膜可用于制備柔性電子器件、透明導(dǎo)電薄膜、場效應(yīng)晶體管等，有望推動電子技術(shù)的發(fā)展。
2、光電器件：由于其高透過率和導(dǎo)電性，可應(yīng)用于太陽能電池、光電探測器和觸摸屏等光電器件。
3、傳感器：石墨烯薄膜對吸附分子的敏感性很高，可用于制備氣體傳感器、生物傳感器和化學(xué)傳感器等。
4、能源存儲：在超級電容器和鋰離子電池等能源存儲領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值。
5、薄膜涂層：可用于防腐蝕涂層、防靜電涂層和防水涂層等，具有廣泛的應(yīng)用前景。

以上是什么是石墨烯薄膜及相關(guān)的介紹。石墨烯由于其超強的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性以及高透光性和電子遷移率等優(yōu)點，因而被認為是制造膜材料的最佳材料之一。石墨烯薄膜在電子、光子及光電設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用范圍十分廣泛，極具發(fā)展前景。