小料科普 来看看我们的石墨变形记吧

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随着科技的迅猛发展

材料产品日新月异

蕴藏着巨大的潜力

今天小料带您去认识一种新材料

——石墨

石墨是什么？

石墨是碳元素的一种同素异形体，也是一类重要的无机非金属材料，为黑灰色、有金属光泽、质软、有滑腻感，可分为天然石墨和人造石墨。

关于天然石墨

天然石墨作为一种矿物，通常分为鳞片状石墨和隐晶质石墨，一般形成于高温地质条件，广泛分布于变质矿床,由富含有机质或碳质的沉积岩经区域变质作用形成，具有优良抗热震性、化学稳定性、超高润滑性、热膨胀系数小、导热系数大、耐高温、良导电性。

天然石墨是一类重要的矿物材料，其广泛应用于机械、冶金、石油化工、轻工、电子、电器、国防、军工、航天等国民经济各个领域,被誉为“万能”非金属材料之一。

天然石墨提纯第一步通常采用物理选矿方法中的浮选法，通过浮选工艺提纯能够得到固定碳含量在90%~98%之间的中高碳石墨。由于石墨矿种的部分杂质呈极细的粒状侵染在石墨鳞片中，即使研磨再细也不能完全单体解离，想要除取这部分杂质得到更高纯度的石墨，必须采用化学法或物理高温法进行深度提纯。

深度提纯法主要有：

• 碱酸法

• 氢氟酸法

• 氯化焙烧法

• 高温提纯法

石墨的应用

膨胀石墨

膨胀石墨是石墨层间化合物的一种衍生物，是选用优质天然鳞片石墨，经酸性氧化剂处理后的层间化合物，亦称酸化石墨。膨胀石墨比表面积较大, 吸附力强, 具有耐高温、耐高压、密封性好、耐多种介质腐蚀等众多优点，被广泛应用于各种工业。

氟化石墨

氟化石墨是石墨的深加工产品之一，是当前最具经济前景的新型石墨制品。氟化石墨是石墨碳与氟直接反应而制得的一类层间化合物，高氟化度石墨具有优良的热稳定性, 是电和热的绝缘体，不受强酸和强碱的腐蚀。由于氟化石墨具有许多优异性能, 在军事、航空、航天、冶金、机电、化工及特种材料领域具有广泛应用前景。

球形石墨

以优质高碳天然鳞片石墨为原料、采用先进加工工艺对石墨表面进行改性处理，生产的不同细度，形似椭圆球形的石墨产品。球形石墨材料结晶度高，成本低，理论嵌锂容量高。具有优良的导电性和化学稳定性，充放电容量高，循环寿命长，绿色环保。

人造金刚石

金刚石俗称“金刚钻”，也就是我们常说的钻石，它是一种由纯碳组成的矿物，也是自然界中最坚硬的物质。它硬度高、耐磨性好，可广泛用于切削、磨削、钻探；由于导热率高、电绝缘性好，可作为半导体装置的散热板；它有优良的透光性和耐腐蚀性，在电子工业中也得到广泛应用。

在石墨的应用中

我们要重磅介绍——石墨烯

关于石墨烯

石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状碳材料，其结构稳定，是世界上最薄且最坚硬的材料。石墨烯有许多独特的性质，具有零带隙的半导体性质,具有超高的费米速度、载流子迁移率和高热导率、良好的透光特性以及优异的力学性能。

石墨烯结构图

石墨烯具有室温量子霍尔效应、量子隧穿效应等电子传导特性。因此，石墨烯在透明电极、晶体管、传感器、能源存储、高强度复合材料等方面存在广泛的应用前景。

此外，它还具有良好的生物相容性, 尤其是氧化石墨烯在生物和医学领域，如靶向药物输运、细胞成像、生物检测、肿瘤治疗等领域存在广阔的应用前景。

石墨烯制备方法

#物理方法#

主要是以石墨或膨胀石墨为原料，通过各种剥离技术直接获得单层或多层石墨烯片层，包括微机械剥离法、液相剥离法、气相剥离法等，这类方法原料易得，操作简单，能够获得合成量较大石墨烯产品, 但所制备的产品片层尺寸不易控制，且耗费时间、产率较低，从而限制了其量化生产。

#化学方法#

是目前石墨烯研究中广泛采用的一类方法，主要包括氧化还原法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、电化学法等，这类方法基本都能实现大规模制备大尺寸石墨烯。

石墨烯的应用
#场效应晶体管#
石墨烯具有很高的载流子迁移率，良好的机械性能和化学稳定性，因此大量研究者投入到石墨烯场效应特性以及其在场效应晶体管中的应用研究。

#传感器#

石墨烯呈二维层状结构,具备大的比表面积，这一特点是制备传感器的必要条件。石墨烯能吸附某些气体分子或生物物质,当分子吸附在其表面时,分子和石墨烯之间存在电荷转移，改变了石墨烯的电荷密度。石墨烯的电导率对周围环境的变化非常敏感，这就促使了石墨烯成为化学、生物、医疗探测传感器等倍受青睐的材料之一。

#化学电源#

由于石墨烯具备高导电性、大比表面积和其他特有的结构特性及理化性能，所以被尝试应用于各种化学电源中。

#透明电极#

透明电极对各种光电子设备的操作至关重要，广泛使用在高容量设备中。如显示器、触摸屏、太阳能电池、节能发光器件等。

#催化剂、药物载体#

大量研究表明,碳载体结构对催化剂的性能有着很大影响。石墨烯具有规整的二维表面结构, 可作为碳担载催化剂的理想表面, 用于界面催化研究。由于石墨烯具有单原子层结构，其比表面积很大，且由于其良好的生物相容性，亦可以适合于药物载体。

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