揭秘：什么才是真正的石墨烯材料

“石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收23%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-8俜m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。”

最薄、最坚硬、最导热、最导电，这所有的光环都在告诉人们，石墨烯是一种多么神奇的材料啊！但是笔者要提醒的是，国际上对Graphene的定义是1-2层的nanosheet才能称之为是Graphene，并且只有没有任何缺陷的石墨烯才具备这些完美特性，而实际生产的石墨烯多为多层且存在缺陷。

1-石墨烯的结构

石墨烯是一种由碳原子以SP2杂化连接形成的单原子层二维晶体，碳原子规整的排列于蜂窝状点阵结构单元之中。每个碳原子除了以σ 键与其他三个碳原子相连之外，剩余的π电子与其他碳原子的π电子形成离域大π键，电子可在此区域内自由移动，从而使石墨烯具有优异的导电性能。同时，这种紧密堆积的蜂窝状结构也是构造其他碳材料的基本单元，单原子层的石墨烯可以包裹形成零维的富勒烯，单层或者多层的石墨烯可以卷曲形成单壁或者多壁的碳纳米管。

由于二维晶体在热力学上的不稳定性，所以不管是以自由状态存在或是沉积在基底上的石墨烯都不是完全平整，而是在表面存在本征的微观尺度的褶皱。这种微观褶皱在横向上的尺度在8-10nm范围内，纵向尺度大概为07-10nm。这种三维的变化可引起静电的产生，所以使石墨烯单层容易聚集。同时，褶皱大小不同，石墨烯所表现出来的电学及光学性质也不同。

除了表面褶皱之外，在实际中石墨烯也不是完美存在的，而是会有各种形式的缺陷，包括形貌上的缺陷（如五元环，七元环等）、空洞、边缘、裂纹、杂原子等。这些缺陷会影响石墨烯的本征性能，如电学性能、力学性能等。但是通过一些人为的方法，如高能射线照射，化学处理等引入缺陷，却能有意的改变石墨烯的本征性能，从而制备出不同性能要求的石墨烯器件。

2-石墨烯的性质

石墨烯独特的单原子层结构，决定了其拥有许多优异的物理性质。如前所述，石墨烯中的每个碳原子都有一个未成键的π电子，这些电子可形成与平面垂直的π轨道，π电子可在这种长程π轨道中自由移动，从而赋予了石墨烯出色的导电性能。研究表明室温下载流子在石墨烯中的迁移率可达到15000cm2/(Vs)，相当于光速的1/300，在特定条件下，如液氦的温度下，更是可以达到25000cm2/(Vs)，远远超过其他半导体材料，并且电子在晶格中的移动是无障碍的，不会发生散射，使其具有优良的电子传输性质。同时，石墨烯独特的电子结构还使其表现出许多奇特的电学性质，比如室温量子霍尔效应等。

由于石墨烯中的每个碳原子均与相邻的三个碳原子结合成很强的σ键，因此石墨烯同样表现出优异的力学性能。据哥伦比亚大学科学家利用原子力显微镜直接测试单层石墨烯的力学性能，发现石墨烯的杨氏模量约为1100GPa，断裂强度更是达到了130GPa，比最好的钢铁还要高100倍。

石墨烯同样是一种优良的热导体。因为在未掺杂石墨中载流子密度较低，因此石墨烯的传热主要是靠声子的传递，而电子运动对石墨烯的导热可以忽略不计。其导热系数高达5000W/(mK)，优于碳纳米管，更是比一些常见金属，如金银铜等高10倍以上。

除了优异的传导性能及力学性能外，石墨烯还具有一些其他新奇的性质。由于石墨烯边缘及缺陷处有孤对电子，石墨烯具有铁磁性等磁性能。石墨烯单原子层的特殊结构，使石墨烯的理论比表面积高达2630m2/g。石墨烯也具备独特的光学性能，单层石墨烯在可见光区的透过率达97%以上。这些特性使得石墨烯成为最具潜力最引人畅想的材料，可以在纳米器件、传感器、储氢材料、复合材料、场发射材料等重要领域有着广泛的应用前景。

石墨烯发热原理是基于单层石墨烯的特性，首先石墨烯是目前为止导热系数最高的材料，具有非常好的热传导性能。其次石墨烯在室温下载流子（导电离子）为15000cm/(vs），这一数值超出硅材料的十倍，是目前已知载流子迁移率最高的物质锑化铟(InSb)的两倍以上。

石墨烯存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。

扩展资料：

石墨烯中电子载体和空穴载流子的半整数量子霍尔效应可以通过电场作用改变化学势而被观察到，而科学家在室温条件下就观察到了石墨烯的这种量子霍尔效应。 

石墨烯中的载流子遵循一种特殊的量子隧道效应，在碰到杂质时不会产生背散射，这是石墨烯局域超强导电性以及很高的载流子迁移率的原因。石墨烯中的电子和光子均没有静止质量，他们的速度是和动能没有关系的常数。

石墨烯是一种零距离半导体，因为它的传导和价带在狄拉克点相遇。在狄拉克点的六个位置动量空间的边缘布里渊区分为两组等效的三份。相比之下，传统半导体的主要点通常为Γ，动量为零。

石墨烯的化学性质与石墨类似，石墨烯可以吸附并脱附各种原子和分子。当这些原子或分子作为给体或受体时可以改变石墨烯载流子的浓度，而石墨烯本身却可以保持很好的导电性。但当吸附其他物质时，如H+和OH-时，会产生一些衍生物，使石墨烯的导电性变差，但并没有产生新的化合物。

——石墨烯

作为号称“改变21世纪的神奇材料”，石墨烯是科学家眼中完美的超导材料，但由于大量的技术难点，石墨烯电池从理论照进现实并不容易。

作为新能源领域的领军企业，天能电池多年来持续通过技术创新与多技术路线布局，来推动产业绿色智能化升级。在石墨烯电池领域，天能更是早早布局，在2004年就率先成立了石墨烯研究专家小组，为打造“更高端、更领先的石墨烯技术”铸造牢固根基。

历时18年专项技术研发攻克

天能领跑者石墨烯电池开创行业新纪元

众所周知， 科技 创新已经成为当下我国经济飞速增长的核心驱动力。

天能在石墨烯电池领域投入了大量研发资金、研发人力进行专项技术攻克，从2004年成立专家小组、2010年石墨烯电池进入实测阶段、2014年功注册“领跑者”商标、2016年首款石墨烯电池上市、2018年成立“领跑者研发小组”、2022年石墨烯领跑者正式发布，通过18年的厚积薄发，多达成千上万次的试验，最终实现了“领跑者石墨烯电池”的技术突破与升级，天能再一次开创了电动车行业动力电池技术的新纪元。

通过核心技术创新，天能电池不仅持续扩大着自身全球领先品牌的优势，还充分发扬国家***所提倡的“钉钉子精神”，持续 探索 石墨烯材料在动力电池应用上的深层领域，用 科技 创新的成果展现出的大国品牌的自信与担当。

6项独创技术，3大顶尖材料

天能领跑者石墨烯电池树立领先技术新标杆

天能领跑者石墨烯电池上市，是其充分结合深耕电池领域的经验，以及对用户痛点的洞悉，在完全满足电池材料使用要求的基础上，对动力电池行业的又一次技术革命。

作为搭载“更高端、更领先的石墨烯技术”的电池，天能领跑者石墨烯电池拥有6项天能独创技术，3大顶尖材料，全面领先的石墨烯电池研发与生产制造，让其成为行业技术新标杆。

在动力方面，天能领跑者石墨烯电池通过高密度极群技术，动力提升20%，一改普通电池动力不足等痛点；在续航方面，采用高能石墨烯技术和五连智造技术，使用寿命增加60%，行驶里程增加20%，将长续航的实力发挥到极致；在循环使用寿命方面，天能领跑者石墨烯电池循环次数 650次；在智能制造方面，拥有严密的质量管理体系，用实力诠释“增程之王 双倍动力”。

可见对比传统铅酸电池，自带“超跑基因”的天能领跑者石墨烯电池绝非一朝一夕能够促成，通过持续性的核心技术创新、由内而外的全面提升，最终促成性能的全面升级，实现全域适配，最终带领行业实现高质量升级。

载重、爬坡、拉力、续航，冠绝超群

天能领跑者石墨烯电池上演完美征服

在天能领跑者石墨烯电池发布当日，为了进一步验证产品各项超群的实力，品质见证赛随即举办。

让人出乎意料的是，搭载“天能领跑者石墨烯电池”的电动车拉动43吨货车，稳稳前行，完美通过考验；面对40 —60 不等的连续爬坡路面，天能领跑者石墨烯电池轻松应对；在经过8个小时的骑行后，天能石墨烯领跑者完成骑行挑战，续航142公里，能够完美应对各种路段。

手握 科技 利剑的天能，无疑已经成为了石墨烯电池赛道上的头号玩家，正在不断改写着动力电池产业的发展史，未来可期。

总结

为什么天能能连续霸占销冠的宝座，其背后遥遥领先的核心 科技 创新能力无疑是最大的推手。

正如天能领跑者石墨烯电池的诞生，不仅是自身 科技 创新的巅峰之作，也是天能对行业现有技术的全面革新，更将进一步驱动整个电池产业投身于 科技 创新的研发浪潮，为更多的用户带来更加绿色环保的出行体验。

期待，天能领跑者石墨烯电池在市场上更多的精彩表现，拭目以待！

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。

表观上热损耗完全不同，微观上自由电子的相对数量不同。

说白了，电阻不一样。

完美的石墨烯是ballistic导体，与超导的区别在于超导体还有Meissner效应，即超导体内部没有磁场。另外，电子在ballistic导体和超导体上流动均不产生热量，然而在断开外电压后，超导体内的电流也会继续流动，而石墨烯内的电流则不会。