神奇的石墨烯可以在高分子材料中均匀分散吗？

石墨烯为碳的一种的同素异构体，截止到目前已开发的各类碳材料的同素异构体如表所示。

表：不同碳类材料结构介绍

结构

名称

发明年代

发明人

零维结构

富勒烯

1985年诞生

德国科学家Huffman和Kraetschmer

一维结构

碳纳米管

1991年诞生

日本电子公司饭岛博士

二维结构

石墨、石墨烯

2006年诞生

英国曼切斯特大学安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授

三维结构

金刚石

1953年诞生

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无序结构

炭黑

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碳的同素异构体不同，其性能大不相同。无序结构的炭黑就是我们常用的铅笔芯材料，三维结构的金刚石就是我们佩戴的高贵钻戒首饰，而我们今天要讲的二维结构石墨烯更是神奇无限！

一、石墨烯真有那么神奇吗？

石墨烯(Graphene)是从天然石墨材料中剥离出来单纯由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2006年英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功从石墨中分离出石墨烯，首次证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为是"新材料之王"，科学家甚至预言石墨烯将"彻底改变21世纪"，极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

那么石墨烯到底有多么神奇？概括起来石墨烯的突出性能如下：

导电性好：

石墨烯同金属一样属于优秀的导电体，而不像其它碳材料那样为半导体。石墨烯的电阻率只有约10-6Ω·cm，比金属铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。

高导热性：

石墨烯的导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，是一种新型高导热材料。

导电奇快：

石墨烯作为单质，在室温下传递电子的速度比已知任何导体都快。其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。石墨烯最有潜力的应用是成为硅的替代品制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，用石墨烯取代硅计算机处理器的运行速度将会快数百倍。

阻隔性高：

虽然石墨烯已薄到极致，但其分子排列非常紧密，即使原子尺寸最小的氦也无法穿透它，因而具有很好的阻隔性能。

超薄性能：

石墨烯是至今发现的厚度最薄的材料，薄是因为石墨烯是由碳原子构成的二维晶体，厚度只有一个原子。石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬。

磁性极强：

石墨烯有强大的磁场力，通过将片状石墨烯变形为“纳米泡泡”，科学家通过观测电子的行为估算出它们在其中受到300特斯拉的磁场力，而这之前的所有试验最高测到的是85特斯拉。这一发现有助于了解石墨烯的光电磁性质。

强度甚高：

石墨烯完美的晶格结构，堪称是人类已知强度最高的物质，具有超出钢铁数十倍的强度。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。

高热稳定：

石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质，结构非常稳定，热稳定性很好。

完全透明：

石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，具有极好的透光性。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板等等。

二、石墨烯到底从哪里来？

　　石墨烯不是自然界中天然存在的，是靠我们的人类制造出来的。

1、机械剥离法

机械剥离法即是用透明胶带等类似装置将高定向热解石墨片按压到其他表面上进行多次剥离，最终得到单层或数层的石墨烯。2004年，英国的Geim和Novoselov等就是通过此方法在世界上首次得到了单层石墨烯，证明了二维晶体结构在常温下是可以存在的。

机械剥离方法操作简单、制作样本质量高，是当前制取单层高品质石墨烯的主要方法。机械法石墨烯在剥离时需要剥离液辅助，因而石墨烯中混杂液体。此外，机械剥离法石墨烯尺寸较小且存在很大的不确定性，效率低、成本高，不适合大规模生产。机械剥离法石墨烯的原始性能保留完好，但是难以得到单层石墨烯产品。

2、氧化还原法

氧化石墨还原法也被认为是目前制备石墨烯的最佳方法之一。其具体操作过程是先用强氧化剂浓硫酸、浓硝酸、高锰酸钾等将石....