石墨烯的由来、性能及应用

石墨烯的由来

石墨烯(Graphene)是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和多层石墨烯的统称。目前，国内将十层以内（包括十层）统称为石墨烯材料。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。  

石墨烯的电学性质

石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm/(V·s)，这一数值超过了硅材料的10倍。石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小，50~500K之间的任何温度下，单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm/(V·s)左右。 石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光;导热系数高达5300W/m·K，而电阻率只约1 Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。如果是用纯石墨烯印刷制备发热膜，从石墨烯特殊的量子隧道效应来看，由于其超强的导电性，电阻极小，低于一般导线（铜线、铝线）的电阻，应该是会导致“石墨烯不发热，而导线发热”，因此，某些品牌宣称自己产品为“X层以下石墨烯制备”是不完全符合科学逻辑的。  

石墨烯的热性能

石墨烯具有非常好的热传导性能，是目前为止导热系数最高的碳材料。当它作为载体时，导热系数也可达600W/mK。将石墨烯掺入到碳浆中，印刷成发热片后，可以有效地提高发热片的导电和热传导性能，但是，实际中在用石墨粉制备碳浆过程中会有部分石墨烯产生，因此，一般情况下并不需要单独添加石墨烯。 石墨烯的引入，对提升发热膜的整体性能有一定的帮助，但是由于其特殊的性质，实质上对于目前的碳发热电暖产品而言，也可称之为“石墨烯发热”。石墨烯发热膜在其产品中其承担的是一小部分的功能增加其导电效率的同时，也极大的影响着产品所带来对的品质追求。  

石墨烯电热膜优势

石墨烯电热膜产品具备了很多优势。第一，自限温特性：电热膜拥有自限温特性，避免局部过热引起的地面塌陷问题，即使温控器在失灵状态下，电热膜本身也不会出现温度过高现象的发生，使用更安全。第二 印刷工艺：电热膜采用进口的丝网印刷机，印刷的精密度已达到国际领先标准，膜片与膜片之间的功率误差小于2%，不会因为膜体自身发热不均匀导致的击穿打火事故的发生。 第三，设计工艺：采用银奖护背技术，让三点链接更安全，避免虚接，导致打火或击穿。第四，材质：普通电热膜厚度一般为0.25mm，而电热膜的厚度为0.338mm，避免由于电热膜过薄导致泄漏电流过大带来的隐患，电热膜外部采用航空级PET，PET是所有高分子材料中电气绝缘性能最佳，使用寿命长达50年。第五，铺设率最大：电热膜单片功率设计22W，铺设率远远大于同业产品，使用更舒适。

石墨烯发热涂料对供暖领域具有重要意义

在新兴能源的发展进程中，石墨烯发热涂料技术的先进性和新能源市场需求相结合，让石墨烯发热涂料电热技术成为了能源发展中的佼佼者，如今国内的石墨烯发热涂料产业已经是世界先进水平，而优秀的产品可以让企业在激烈的市场竞争中占据主动地位。 现今在供热采暖行业内，在绿色可持续发展大主题的影响下，革新电热采暖产品的价价值愈显突出，而以石墨烯发热涂料为核心技术的新型电热产品不仅仅在供热能效比上占优，其多样化的实现方式、智能化升级的高度兼容性以及安全舒适的使用体验等优势，都令其成为当下电热采暖产业进一步发展的关键所在。

积极探索"石墨烯发热涂料电热"的发展模式，是对供暖领域探索全面推进节能、环保发展十分有意义的尝试和努力。 能源发展的"十三五"规划提出了大力支持民营经济进入能源领域，能源投资进一步向民间资本开放的战略，如今外资、民营等多种经济成分已进入供热市场，并且依托技术升级、市场升级等方式重组了行业格局，今后城市供暖的趋势，必然是商品化、社会化以及市场化。  

产业发展离不开资本的参与，从资本的角度考虑，国内的创新技术往往会带来投资机会，尤其石墨烯发热涂料在电热行业的技术应用，在市场的刚性需求、消费者的诉求提升以及产品的高技术门槛共同作用下，会让其具备长期的投资价值。聚暖科技这类核心专利技术、坚持创新的企业的成立，对行业的发展及消费者而言都是一大利好消息。

石墨烯发热产品的好处

在日常可穿戴服饰或护具中嵌入石墨烯发热膜，具有智能理疗保健功效，如采用石墨烯发热技术的户外服、围巾、护腰及护腿等，内衬中的石墨烯加热膜可加热至20℃—60℃，能在3秒内迅速升温。这类“发热服”可通过控制器或手机端APP自由调节温度，USB接口循环充电。 与传统发热理疗产品不同的是，采用石墨烯发热技术的理疗产品释放出的远红外波波长与人体波长相近，能与体内细胞的水分子产生最有效的“共振”，促进血液循环，强化各组织之间的新陈代谢，增强再生能力，提高机体的免疫能力，从而起到医疗保健作用。

石墨烯的其他应用：

1、储氢材料；石墨烯具有质量轻、高化学稳定性和高比表面积等优点，使之成为储氢材料的最佳候选者。 

2、航空航天；由于高导电性、高强度、超轻薄等特性，石墨烯在航天军工领域的应用优势也是极为突出的。

3、感光元件；以石墨烯作为感光元件材质的新型感光元件，可望透过特殊结构，让感光能力比现有CMOS或CCD提高上千倍，而且损耗的能源也仅需原本10%。

审核编辑：汤梓红