了解電池材料——真正的石墨烯

石墨烯作為一種新型材料備受追捧，很多不同領(lǐng)域的產(chǎn)品制造商都在想盡辦法蹭石墨烯的熱度，那么到底什么是石墨烯呢，這種材料有何特別之處呢，那些蹭熱度的產(chǎn)品是不是真的呢？

在整個(gè)宇宙之中，所有的物質(zhì)都是由不同的元素所構(gòu)成的，但同一種元素卻并非只能構(gòu)成同一種物質(zhì)，元素通過(guò)不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合就能夠形成不同的物質(zhì)。以碳元素為例，當(dāng)一個(gè)碳原子周?chē)兴膫€(gè)碳原子，它們以共價(jià)鍵的方式相結(jié)合，且周?chē)乃膫€(gè)碳原子與中心的碳原子形成一個(gè)正四面體結(jié)構(gòu)的時(shí)候，就組成了一種物質(zhì)，我們叫它鉆石。因?yàn)樘荚又g是以很強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)合的，所以鉆石的硬度很高，又被稱(chēng)為金剛石。鉆石的硬度很高，但另一個(gè)同樣由碳原子所組成的物質(zhì)卻十分光滑，它就是石墨。

當(dāng)碳原子通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合成諸多正六邊形的結(jié)構(gòu)，就組成了一個(gè)層，很多層疊在一起就組成了石墨。

在石墨中，同一層的碳原子依靠化學(xué)鍵結(jié)合，而層與層之間卻沒(méi)有化學(xué)鍵，它們是依靠原子間的弱堿性電性吸引力結(jié)合在一起的，所以同一層碳原子的結(jié)合非常牢固，而層與層之間則是可以滑動(dòng)的，而這種層與層之間的滑動(dòng)就是石墨光滑特性的根源。那么什么是石墨烯呢？很簡(jiǎn)單，石墨烯就是單層的石墨，如果將石墨的一層結(jié)構(gòu)單獨(dú)拿出來(lái)，那就是石墨烯。

石墨烯的發(fā)現(xiàn)是在2004年，而在此之前，科學(xué)家們一直斷定類(lèi)似于石墨烯的物質(zhì)是不會(huì)存在的，為什么呢？原因很簡(jiǎn)單，我們身處在一個(gè)三維空間之中，所有的事物都是三維結(jié)構(gòu)的，像石墨烯這種二維結(jié)構(gòu)的物質(zhì)不可能存在于三維空間之中。

一張紙是不是二維結(jié)構(gòu)呢？當(dāng)然不是，紙是三維結(jié)構(gòu)物質(zhì)，它是立體的，擁有長(zhǎng)寬高，只不過(guò)高度，也就是厚度很薄而已。

但石墨烯就不同了，它基本上可以說(shuō)是一種二維結(jié)構(gòu)物質(zhì)，石墨烯就是單層石墨，它的結(jié)構(gòu)是平面的，厚度為一個(gè)原子，那么這一個(gè)原子到底有多厚呢？我們知道，納米這個(gè)單位是很小的，一納米就等于10∧-9米，而單層石墨的厚度為0.355納米，很薄很薄，薄得沒(méi)有辦法再薄。

二維結(jié)構(gòu)的物質(zhì)無(wú)法存在于三維空間之中，這是一個(gè)常識(shí)，但有人就偏偏不信邪。這兩個(gè)不信邪的人，一個(gè)叫做安德烈·海姆，另一個(gè)叫做諾沃肖洛夫，他們都來(lái)自于英國(guó)曼徹斯特大學(xué)。這兩個(gè)人就想啊，一定有什么辦法能夠獲得單層的石墨，畢竟石墨的結(jié)構(gòu)具備這種潛力，同層原子的結(jié)構(gòu)牢固，而層與層之間卻沒(méi)有化學(xué)鍵相連。

那么怎么能把單層石墨弄出來(lái)呢？先別想那么多，先盡量把石墨弄薄再說(shuō)，于是他們采用了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的辦法，就是用膠條粘。

當(dāng)我們?cè)诩埳蠈?xiě)錯(cuò)字的時(shí)候，就會(huì)用膠條把錯(cuò)字粘下來(lái)，這種技術(shù)早在三四十年以前就出現(xiàn)了，而我們粘下來(lái)的其實(shí)是紙張的表面一層。膠條能夠粘下紙上的表層，自然也能粘下石墨，于是一層薄薄的石墨被粘下來(lái)了，不過(guò)此時(shí)的石墨距離單層石墨還有十萬(wàn)八千里，沒(méi)關(guān)系，再粘，用另一個(gè)膠條把粘有石墨的膠條再粘一下，就又得到了更薄的一層石墨，如此往復(fù)，最終就獲得了單層石墨，也就是石墨烯。

別看發(fā)現(xiàn)石墨烯的過(guò)程似乎并不太過(guò)復(fù)雜，但這一發(fā)現(xiàn)卻斬獲了2010年的諾貝爾獎(jiǎng)，原因就是人類(lèi)首次在三維空間中發(fā)現(xiàn)了二維結(jié)構(gòu)物質(zhì)。

那么石墨烯這種材料到底有何特別之處呢？

石墨烯具有很多優(yōu)點(diǎn)，由于碳原子之間通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合相當(dāng)牢固，所以石墨烯是一種又薄強(qiáng)度又大的物質(zhì)，且具有很好的拉伸性。再者，石墨烯的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能都十分優(yōu)異，金屬具有良好的導(dǎo)電性，而在金屬之中導(dǎo)電性能最好的就是銀，而石墨烯的導(dǎo)電性比銀還要好。

石墨烯有如此眾多的好處，在實(shí)際應(yīng)用中又能做些什么呢？相必大家一定都聽(tīng)過(guò)石墨烯電池，為什么要用石墨烯做電池呢？我們現(xiàn)在很多電子設(shè)備中所使用的電池都是鋰電池，鋰電池的缺點(diǎn)就是電阻大，所以如果電流過(guò)大，電池就會(huì)發(fā)熱燒毀，因?yàn)榻o手機(jī)充電必須控制電流，控制了電流，充電速度自然就慢。而石墨烯電阻很低，導(dǎo)電性很好，如果用石墨烯制作電池，那么就可以用很大的電流來(lái)進(jìn)行充電，那充滿電就是分分鐘的事了。不過(guò)包括石墨烯電池在內(nèi)，關(guān)于石墨烯在各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用還尚需時(shí)日，從研制到研制成功，從研制成功到投入實(shí)際應(yīng)用，這個(gè)過(guò)程還是很長(zhǎng)的。