中国陶瓷网讯 石墨烯——目前一个非常火爆的名词，就连我们这个传统的产业——陶瓷，近来也和石墨烯扯上了关系。近两年来，石墨烯发热芯片材料，作为替代传统地暖产品的一个新生产品，很多人借着消费者根本不懂什么是石墨烯，胡乱吹嘘其功能效果，把产品包装为所谓的“高大上产品”、“高科技产品”，为纠正这一乱象，广东芬芳陶瓷有限公司，作为陶瓷行业少有的具备科学研究能力，并取得了诸多研究成果的企业，同时，也作为石墨烯发热地暖系统的生产和推广者，有必要站出来告知广大消费者，石墨烯到底是个什么玩意，到底有何作用，到底是不是很贵。具体分解，请看下文。

　　石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯狭义上指单层石墨，厚度为0.335nm，仅有一层碳原子。但实际上，10层以内的石墨结构也可称作石墨烯，而10层以上的则被称为石墨薄膜。单层石墨烯是指只有一个碳原子层厚度的石墨，碳原子-碳原子之间依靠共价键相连接而形成蜂窝状结构。完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构，由六边形晶格组成，理论比表面积高达2.6×102 m2 /g。石墨烯具有优异的导热性能(3×103W/(m•K))和力学性能(1.06×103 GPa)。此外，石墨烯稳定的正六边形晶格结构使其具有优良的导电性，室温下的电子迁移率高达1.5×104 cm2 / (V·s)。石墨烯特殊的结构、突出的导热导电性能和力学性能，引起科学界巨大兴趣，成为材料科学研究热点。

图1 石墨烯结构图

　　石墨烯是一种超轻材料，面密度为0.77mg/m2，的主要性能是：一是具有超强的导电性。石墨烯的电子迁移率比纳米碳管或硅晶体高，是硅的100倍，在室温下可以达到15 000cm2 /( V·s) 。电阻率比铝、铜和银低很多，只有10～6Ω·cm 左右。二是具有超强的导热性。石墨烯的导热性能优于碳纳米管，是铜、铝等金属的数10倍，导热系数高达5300W/m•K。三是具有超强的力学性，石墨烯的硬度超过金刚石，断裂强度达到钢铁的100倍。四是具有超强的透光性。石墨烯的吸光率非常小，透光率高达97. 7%。五是具有超强的比表面积。石墨烯的比表面积每克比普通活性炭高出1130m2，达到2630m2 /g。

　　下面就来谈谈石墨烯是如何制备的。石墨烯首先由微机械剥离法制得。微机械剥离法听起来很高大上，其实是用透明胶带，将高定向热解石墨片按压到其表面上进行多次剥离，最终得到单层或数层的石墨烯（图2）。简单的讲，就是先用胶带粘连撕揭石墨晶体材料顶部的几层石墨片（图2(a)），这样一些石墨薄片便堆叠在胶带上（图2(b)）， 然后将胶带上的石墨薄片按下粘在一定的衬底上（图2(c)），最后撕揭胶带使得有些石墨片脱离胶带留在衬底上（图1(d)），这样就可以制备出单层的石墨烯了！

图2 微机械剥离法制备石墨烯示意图

　　是不是觉得太简单了，2004年， K. S. Novoselov，A. K. Geim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，并且在国际顶级期刊《Science》上发表了相关的制备方法和验证了石墨烯的性能（图3）。

图3 2004年K. S. Novoselov等在《Science》上发表的文章

　　更加不可思议的是，凭借这篇论文的成果，2010年K. S. Novoselov和A. K. Geim获得了诺贝尔物理学奖。看到这里，是不是有一种感觉——然来诺贝尔奖也不过如此？！竟然制备石墨烯实验这么简单！我们随便都可以做出来。当然，用这种方法，要大规模制备，形成规模应用，那是很难的。而后，全世界的科学家们，研究出了很多种制备石墨烯的方法，如外延生长法，氧化石墨还原法，CVD法，剥离-再嵌入-扩涨法以及有机合成法等。一时间，各大高校研究院所，以及相关企业，都疯狂的追捧石墨烯材料，甚至连股市也狂炒石墨烯概念，俨然一种，无石墨烯不高科技的感觉。

　　作者看了很多的文献资料，研究石墨烯的规模化制备，其中北京航空航天大学的沈志刚教授，开发出了一种新奇简便的办法，实现了规模化制备石墨烯——利用豆浆机做！其在2014年的国际顶级刊物《Carbon》上发表了相关的研究成果论文《Kitchen blender for producing high-quality few-layer graphene》（图4）。同时，沈志刚教授等申报的专利《一种制备高质量石墨烯的湍流方法》，也公开了这种制备高质量石墨烯的湍流方法，它有七大步骤：第一，将石墨粉分散于溶液中，得到石墨分散液；第二，使石墨分散液在容器中高速旋转，获得湍流；第三，用湍流处理石墨粉分散液；第四，把处理后的溶液进行静置处理，然后取上层的溶液；第五，把上层溶液再作离心分离处理；第六，把高速离心分离处理后的上层清液收集出来，得到稳定的高质量石墨烯分散液；第七，把石墨烯分散液抽滤或蒸馏得到石墨烯粉。使用湍流方法，制备过程温和，设备投资少，原料成本低，生产安全性高，操作简便易行，环境友好，产量可观，重现性好，不但适用于实验室研究，还更加适合大规模工业化生产。

图4 《Carbon》Volume 78, November 2014, Pages 622-626论文截图

　　讲到这里，要说明一下，什么是湍流，湍流又称紊流，顾名思义，它是一种很不规则的流动现象。湍流是由无数不规则的，不同尺度的涡流相互掺混地分布在流动空间。流动中任一点的速度、压力等物理量都随时间而瞬息变化，不同空间点上有不同的随时间变化规律。用湍流原理制备石墨烯，其宏观理解，就是利用湍流中不规则涡流的相互冲击，形成类似于“搓衣服”的剪切过程，将石墨片层剥离，进而得到石墨烯。

　　由上可知，制备得到石墨烯并不困难，其应用的最大难点，其实是在于制备得到的石墨烯如何分离出来，分离后得到的石墨烯如何分散再利用。如果制作石墨印刷电路，其可以采用石墨浆料印刷，因此，选用合理的制备石墨烯的办法，让石墨浆料中有一部分石墨变成石墨烯是非常简单的事情，当印刷石墨中含有一部分石墨烯后，可提高印刷电路的导电、发热和导热性能，但是，成本并不会增加多少。因此，并非是市面有些商家鼓吹的，用石墨烯很贵、很难得到石墨烯、石墨烯发热芯片很贵。市面上的各类型碳发热产品，也无需过分标榜石墨烯这一概念，好好把产品做好，把产品的安全性、使用经济性放在首位，才是这类型电暖产品健康发展的基础。

    （作者系华南理工大学材料学博士，生物医学工程博士后，硕士生校外导师；化工高级工程师，中国颗粒制备与处理委员会理事，佛山市禅城区陶瓷行业协会会长，广东芬芳陶瓷有限公司董事长）