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石墨烯简介有这样一种材料，它的机械强度是世界上最好钢的100倍，有着最快的电子迁移率，1秒内就可以传完两张蓝光DVD的容量……这就是石墨烯。
石墨烯是从石墨中剥离出的单层碳原子面材料，由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构，也可称为“单层石墨”（碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体，由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网，为平面多环芳香烃原子晶体），它是人类已知的厚度最薄、质地最坚硬、导电性最好的材料。
一、石墨烯发展简史20世纪初，科学家开始接触到石墨烯。
2004年,英国曼彻斯特大学的物理学教授安德烈·杰姆（AndreGeim）和他的学生克斯特亚·诺沃消洛夫（Ko-styaNovoselov）用简单易行的胶带分离法制备出了石墨烯。
他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，把石墨片一分为二，不断重复这样的操作，于是薄片越来越薄，最后得到了仅由一层碳原子构成的薄片，即石墨烯。
2010年,他们二人凭借着在石墨烯方面的创新研究获得了诺贝尔物理学奖。
获奖后，一些媒体渲染性地报道：“物理学家用透明胶和铅笔赢得诺贝尔奖。
”二、特性石墨烯具有优异的力学、光学和电学性质：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，碳原子之间的连接非常柔韧，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，如果用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约两吨重的物品；几乎完全透明，却极为致密、不透水、不透气，即使原子尺寸最小的氦气也无法穿透；导电性能好，石墨烯中电子的运动速度达到了光速的1/300，导电性超过了任何传统的导电材料；化学性质类似石墨表面，可以吸附和脱附各种原子和分子，还有抵御强酸强碱的能力。
三、制备方法石墨烯的制备方法主要有机械法和化学法两种。
机械法包括微机械分离法、取向附生法和加热碳化硅法，化学法包括化学还原法与化学解理法、化学气相沉积法等。
世界上最坚硬的物质是什么？一、金刚石金刚石是世界上最坚硬的物质之一。
金刚石的硬度是10级，是莫氏硬度尺度中最高的。
金刚石的硬度主要归功于其特殊的晶体结构。
金刚石由碳原子组成，每个碳原子都与其他四个碳原子形成四面体结构，这使得金刚石具有非常强的共价键。
这些共价键使金刚石具有非常高的硬度和强度。
金刚石可以用于加工其他材料，包括金属、玻璃和陶瓷等。
二、石墨烯石墨烯是一种新型碳材料，也是世界上最坚硬的物质之一。
石墨烯的硬度比钢铁高100倍以上，比钻石高200倍以上。
石墨烯的硬度主要归功于其独特的二维结构。
石墨烯是由一个碳原子层组成的，这种层状结构使得石墨烯具有非常高的强度和硬度。
石墨烯还具有很高的导电性和热导率，因此被广泛应用于电子器件等领域。
三、细小晶粒的陶瓷材料细小晶粒的陶瓷材料也被认为是世界上最坚硬的物质之一。
传统的陶瓷材料由于晶粒较大，容易发生晶界滑动和断裂。
而细小晶粒的陶瓷材料，由于其晶粒尺寸小，晶界的位移活动难度增大，使得该材料的硬度和强度得到显著提高。
细小晶粒的陶瓷材料可以用于制造高硬度的刀具和陶瓷复合材料等。
四、碳纳米管碳纳米管也是世界上最坚硬的物质之一。
碳纳米管是由碳原子形成的管状结构，具有非常高的硬度和强度。
碳纳米管的硬度主要取决于其内部结构和键强度。
由于碳纳米管具有非常尖锐的尖端，可以用于制造纳米尖顶探针和扫描隧道显微镜，用于研究和观察材料的表面形貌。
五、纳米结构金属材料纳米结构金属材料也被认为是世界上较为坚硬的物质之一。
纳米结构金属材料的晶粒尺寸小于100纳米，具有非常高的塑性和强度。
纳米结构金属材料的硬度主要由于晶粒边界的位错和晶粒的尺寸效应。
纳米结构金属材料可以用于制造高硬度和高强度的零部件和结构。
综上所述，金刚石、石墨烯、细小晶粒的陶瓷材料、碳纳米管和纳米结构金属材料都被认为是世界上最坚硬的物质之一。
这些材料的硬度和强度主要取决于其晶体结构和微观特性。
对于不同的应用需求，选择合适的坚硬材料可以提高产品的耐磨性和使用寿命。
“材料之王”石墨烯
一、什么是石墨烯？
它是一种以六角形蜂巢结构周期性紧密堆积的碳原子构成的二维碳材料，是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。
二、何时发现？
2004年，安德烈·海姆和另外一名科学家用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，并发现其一些特性，二人因此获得2010年诺贝尔物理学奖。
三、有何用途？
以石墨烯粉末(体)为原料的产品，如功能涂料、复合材料、电极材料和结构增强型材料等，部分已初步实现产业化。
比如，护腰、护膝等使用石墨烯材料的康复产品，以及初步使用石墨烯材料的动力电池、超级电容器等。
以石墨烯动力电池为例，因为使用了石墨烯复合电极材料与石墨烯导电添加剂，能显著提升动力锂电池的能量密度、功率密度与寿命，在一定程度上解决了电动汽车续航里程短的瓶颈问题。
石墨烯在新能源、电子信息、功能材料、节能环保、航空航天等领域有着巨大的应用潜力。
有望成为引领新一代工业技术革命和主导未来高技术竞争的战略性前沿新材料。
四、研发主力？
目前，全球石墨烯研发、生产综合实力最强的是美国、日本和中国。
一些跨国公司成为研发石墨烯的主力，IBM、英特尔、陶氏化学、三星等国际知名跨国企业纷纷
将石墨烯及其应用技术作为长期战略发展方向。
五、存在问题？
我国的石墨烯技术和产业发展目前依然存在许多问题。
比如有企业以石墨烯为噱头大肆炒作概念，诸如出现“用了石墨烯材料，可以让动力电池续航里程达到1000公里”这样的广告词。
从目前的技术来看，还实现不了。
同时面临商业炒作多技术突破少、产业低端化倾向明显、成本高推广难等诸多难题。
比钻石还硬的材料
—石墨烯
一、石墨烯概念
石墨烯（Graphene），是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是只有一个碳原子的二维材料，其厚度只有0.335纳米，仅为头发丝的20万分之一。
石墨烯具有突出的导热性能和力学性能, 以及室温下较高的电子迁移率。
此外,它的特殊结构,使其具有半整数的量子霍尔效应、永不消失的电导率等一系列性质 ,因而备受关注。
二、石墨烯的发现
Graphene(石墨烯) 是2004年由曼彻斯特大学科斯提亚•诺沃谢夫（Kostya Novoselov）和安德烈•盖姆（Andre Geim）发现的，他们使用的是一种被称为机械微应力技术（micromechanical cleavage）的简单方法。
正是这种简单的方法制备出来的简单物质——石墨烯，推翻了科学界的一个长久以来的错误认识——任何二维晶体不能在有限的温度下稳定存在。
现在石墨烯这种二维晶体不仅可以在室温存在，而且能十分稳定的存在于特殊的环境下。
三、石墨烯的特点
石墨烯是构成石墨、木炭、碳纳米管和富勒烯的碳同素异形体的基本单元。
完美的石墨烯是二维的，它只包括六边形（等角六边形），如果有五边形和七边形的存在，则会构成石墨烯的缺陷。
四、石墨烯的性质
1、力学性能——比钻石还要硬
数据转换分析：在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微牛。
据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的压力才能使1米长的石墨烯断裂。
如果物理学家们能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳米）石墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断。
换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的物品。
打个比方说单层石墨烯的强度，就像把大象的重量加到一支铅笔上，才能够用这支铅笔刺穿仅像保鲜膜一样厚度的单层石墨烯。
实验证明：从铅笔石墨中提取的石墨烯，竟然比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上百倍，这项科学发现刊登于近期的《科学》杂志，作者是两位哥伦比亚大学的研究生，来自中国的韦小丁和韩裔李琩钴。
Changgu Lee, et al.Graphene Measurement of theElastic Properties and Intrinsic Strength of
Monolayer .S cience 321, 385 (2008);
Dreams：对于强度比世界上最好的钢铁还要高上百倍的石墨烯，如果能加以利用，不仅可以造出纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣，甚至还可以制作23000英里长伸入太空的电梯，实现人类坐电梯进入太空的梦想。
美国国家航空航天局（NASA）悬赏400万美金鼓励科学家们进行这种电梯的开发。
2、出色的电学性质——电子运输
碳原子有四个价电子，这样每个碳原子都贡献一个未成键的π电子，这些π电子与平面成垂直的方向可形成轨道，π电子可在晶体中自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。
此外，石墨烯是具有零带隙的能带结构。
3，导电性
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。
石墨烯最大的特性是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。
这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”(electric charge carrier)，的性质和相对论性的中微子非常相似。
石墨烯有相当的不透明度：可以吸收大约2.3%的可见光。
而这也是石墨烯中载荷子相对论性的体现。
4，电子的相互作用
石墨烯中电子间以及电子与蜂窝状栅格间均存在着强烈的相互作用。
石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间相互作用强烈，而且电子和电子之间也有很强的相互作用。
5、其它特殊性质
①石墨烯具有明显的二维电子特性。
②在石墨烯中不具有量子干涉磁阻
③石墨烯电子性质用量子力学的迪拉克方程来描述比薛定谔方程更
④好可控渗透性
⑤离子导电体各向异性
⑥超电容性
………………
五、石墨烯的应用
石墨烯由于具有高导电性、高导热性、高强度等诸多优异特性而被称为“神奇材料”，它有可能彻底改变数量庞大的各种应用，从灯泡到芯片，从电池到触屏，从智能手机到新能源汽车……
1、石墨烯电池
在电池生产中石墨烯可直接作为正负极材料，或是作为导电添加剂添加到正负极材料中，还有是作为涂层提高电池功率特性。
充电和续驶里程问题一直困扰着新能源汽车，这是因为铅酸电池和传统锂电池的发展遭遇“瓶颈”，而石墨烯电池有望在此取得突破。
2、石墨烯超级材料
美国研究人员把柔软的石墨变成了强劲的“钢筋”，过程是把单层二维结构的石墨烯变成具有三维结构的石墨烯泡沫状材料，再用机械性能较强和高导电性的碳纳米管来强化该材料，从而制成“钢筋石墨烯”。
中国研究人员利用细小的管状石墨烯构成一个拥有蜂窝状结构的泡沫材料，它像气球一样轻却像金属一样坚固，未来可以用其制造防弹衣、坦克装甲等。
3、石墨烯存储器
英国、韩国的研究人员还在致力开发基于氧化石墨烯的可弯曲、透明的存储系统。
基于石墨烯的新型存储材料成本低、功耗小、重量轻、体积小、存储密度高，可以三维堆积。
例如，英国开发的这款石墨烯二氧化钛存储只有 50 纳米长、8 纳米厚，写入和读取速度仅需 5 纳秒。
基于此类研究，未来可弯曲、全透明的智能手机将成为现实。
4、石墨烯除污海绵
科学家利用石墨烯“海绵体”超高的比表面积，对有毒有害物质进行吸附，吸附量可达自重的上百倍，吸附之后经过处理还可循环使用。
中国科学家在普通海绵表面均匀地包裹上石墨烯涂层，利用其导电、疏水、亲油特性，吸附海面上泄漏的浮油。
