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材料在我們的生活中無處不在。 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，物質(zhì)產(chǎn)品日新月異，蘊(yùn)藏著巨大的潛力。 明天小材料帶你認(rèn)識(shí)一種新材料——石墨

什么是石墨？

石墨是碳的同素異形體，是一種重要的無機(jī)非金屬材料。 呈深褐色，有金屬光澤，手感柔軟，手感細(xì)膩。 可分為天然石墨和人造石墨。

關(guān)于天然石墨

天然石墨作為一種礦物，一般分為鱗片石墨和隱晶質(zhì)石墨，通常產(chǎn)于低溫地質(zhì)條件，廣泛分布于發(fā)霉的金礦中，由含有機(jī)質(zhì)或碳的沉積巖區(qū)域性發(fā)霉作用產(chǎn)生，具有優(yōu)良的耐光性耐沖擊、化學(xué)穩(wěn)定性、超高潤滑性、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性高、耐低溫、導(dǎo)電性好。

天然石墨是一種重要的礦物材料，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油化工、輕工、電子、電器、國防、軍工、航空航天等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，被譽(yù)為“萬能”非金屬材料之一。

天然石墨提純的第一步一般采用數(shù)理浮選法中的選礦法，通過選礦過程可得到固定碳濃度在90%～98%之間的中高碳石墨。 由于石墨沉積物中的一些雜質(zhì)呈極細(xì)顆粒狀滲入石墨片中，無論研磨多細(xì)，單體都不能完全游離。 要想去除這些雜質(zhì)，得到含量更高的石墨，就必須采用物理法或化學(xué)深冷法進(jìn)行深度提純。

深度凈化方法主要有：

石墨的應(yīng)用

膨脹石墨

膨脹石墨是石墨層間化合物的衍生物。 它是以優(yōu)質(zhì)天然鱗片石墨為原料，經(jīng)堿性氧化劑處理而成的層間化合物，又稱酸化石墨。 膨脹石墨具有比表面積大、吸附力強(qiáng)、耐低溫、耐高壓、密封性能好、耐各種介質(zhì)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。

溴化石墨

溴化石墨是石墨的深加工產(chǎn)品之一，是最具經(jīng)濟(jì)前景的新型石墨產(chǎn)品。 氯化石墨是一種由石墨碳與氟直接反應(yīng)制備的層間化合物。 氯化度高的石墨具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。 它是電絕緣體和熱絕緣體，不被弱酸和氫氟酸腐蝕。 由于氯化石墨具有許多優(yōu)良性能，在軍事、航空、航天、冶金、機(jī)電、化工和特種材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

球形石墨

以優(yōu)質(zhì)高碳天然鱗片石墨為原料，采用先進(jìn)的加工工藝對(duì)石墨表面進(jìn)行改性處理，生產(chǎn)出的不同粒度的產(chǎn)品酷似橢圓球形石墨制品。 該球形石墨材料結(jié)晶度高，成本低，理論嵌鋰量高。 具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和物理穩(wěn)定性，充放電容量高，循環(huán)壽命長，紅色環(huán)保。

人造金剛石

金剛石，又稱“金剛石”，也就是我們常說的磚石。 它是由純碳組成的礦物，是自然界中最堅(jiān)硬的物質(zhì)。 強(qiáng)度高，耐磨性好，可廣泛用于磨、磨、鉆； 由于其導(dǎo)熱性高，電絕緣性好，可用作半導(dǎo)體器件的散熱片； 它具有優(yōu)良的透光性和耐腐蝕性，在電子工業(yè)中也有廣泛的應(yīng)用。

在石墨的應(yīng)用

我們要大做介紹——石墨烯

關(guān)于石墨烯

石墨烯是由雙層碳原子密集堆積而成的二維蜂窩狀碳材料。 其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，是世界上最薄、最硬的材料。 石墨烯具有許多奇特的性能，如零帶隙的半導(dǎo)體特性、超高的費(fèi)米速度、載流子遷移率和低導(dǎo)熱性、良好的透光特性和優(yōu)異的熱性能。

石墨烯結(jié)照明

石墨烯具有溫度量子霍爾效應(yīng)、量子隧穿效應(yīng)等電子傳導(dǎo)特性。 因此，石墨烯在透明電極、晶體管、傳感器、儲(chǔ)能、高硬度復(fù)合材料等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

據(jù)悉，它還具有良好的生物相容性，尤其是氧化石墨烯在生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，如靶向抗生素遞送、細(xì)胞成像、生物監(jiān)測(cè)、腫瘤診斷和治療等。

石墨烯制備方法

#化學(xué)方式#

主要以石墨或膨脹石墨為原料，通過各種剝離技術(shù)，包括微機(jī)械剝離、液相剝離、氣相剝離等，直接得到雙層或多層石墨烯片。該方法的原料有容易獲得，操作簡(jiǎn)單，可大量獲得石墨烯產(chǎn)品，但制備的產(chǎn)品片材尺寸不易控制，耗時(shí)長，收率低，限制了其定量生產(chǎn)。

#物理方式#

是目前石墨烯研究中應(yīng)用廣泛的一類技術(shù)，主要有氧化還原法、晶體外延生長法、化學(xué)液相沉積法、電物理法等，這些方法基本可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備石墨烯。

石墨烯應(yīng)用

#場(chǎng)效應(yīng)晶體管#

石墨烯具有高自旋遷移率、良好的機(jī)械性能和物理穩(wěn)定性，因此大量研究人員投入到石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)特性及其在場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用。

＃感覺＃

石墨烯具有二維層狀結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，這是制備傳感器的必要條件。 石墨烯可以吸附單個(gè)二氧化碳分子或生物物質(zhì)。 當(dāng)分子吸附在其表面時(shí)，分子與石墨烯之間會(huì)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，從而改變石墨烯的電荷密度。 石墨烯的濁度對(duì)周圍環(huán)境的變化非常敏感，這使得石墨烯成為物理學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)檢測(cè)和傳感領(lǐng)域的熱門材料之一。

＃體力＃

由于石墨烯具有高導(dǎo)電率、大比表面積等獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性和物理化學(xué)性質(zhì)，已被嘗試應(yīng)用于各種物理電源。

#透明電極#

透明電極對(duì)各種光電器件的運(yùn)行至關(guān)重要，廣泛應(yīng)用于高容量器件中。 如顯示器、觸摸屏、太陽能電池板、節(jié)能發(fā)光元件等。

#催化劑、藥物載體#

大量研究表明，碳載體結(jié)構(gòu)對(duì)催化劑的性能有很大的影響。 石墨烯具有規(guī)則的二維表面結(jié)構(gòu)，可作為界面催化研究的碳載催化劑的理想表面。 由于石墨烯具有單原子層結(jié)構(gòu)，比表面積大，生物相容性好，也可適用于抗生素載體。