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石墨烯产业发展调研报告

石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，是包括富勒烯、碳纳米管、石墨在内的碳的同素异形体的基本组成单元，就是石墨的单层薄片。它是人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。美国麻省理工学院(MIT)的《技术评论》曾将石墨烯列为2008年10大新兴技术之一。在2009年12月18日出版的《科学》杂志中，“石墨烯研究取得新进展”被列为2009年10大科技进展之一。2010年10月5日，英国曼彻斯特大学教授安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因在石墨烯（graphene）研究方面的杰出成就而荣获2010年诺贝尔物理学奖。

1.1石墨烯结构及性质

石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯在原子尺度上结构非常特殊，必须用相对论量子物理学(relativistic quantum physics)才能描绘。石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。

石墨烯是目前已知的最薄的一种材料，单层的石墨烯只有一个碳原子的厚度，这种厚度的石墨烯拥有了许多石墨所不具备的特性。

（1）导电性极强：石墨烯中的电子没有质量，电子的运动速度超过了在其他金属单体或是半导体中的运动速度，能够达到光速的 1/300，正因如此，石墨烯拥有超强的导电性。

（2）超高强度：石墨是矿物质中最软的，其莫氏硬度只有 1-2级，但被分离成一个碳原子厚度的石墨烯后，性能则发生突变，其硬度将比莫氏硬度10级的金刚石还高，却又拥有很好的韧性，且可以弯曲。

(3)超大比表面积：由于石墨烯的厚度只有一个碳原子厚，即 0.335纳米，所以石墨烯拥有超大的比表面积，理想的单层石墨烯的比表面积能够达到 2630 m2/g，而普通的活性炭的比表面积为 1500 m2/g，超大的比表面积使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。

1.2石墨烯的应用及市场潜力

(1)代替硅生产电子产品

硅让我们迈入了数字化时代,但研究人员仍然渴望找到一些新材料,让集成电路更小、更快、更便宜。在众多的备选材料中,石墨烯最引人瞩目。石墨烯拥有比硅更高的载流子迁移率（即载流子在电场作用下运动速度快慢的量度），是一种性能非常优异的半导体材料，电子在石墨烯中的运行速度能够达到光速的 1/300，要比在其他介质中的运行速度高很多，而且只会产生很少的热量。使用石墨烯作为基质生产出的处理器能够达到 1THz（即1000GHz）。