石墨与石墨烯：区别何在？

石墨和石墨烯虽然都是碳元素，但却有着天壤之别。它们都具有一系列特殊的特性，因此可以在各个领域得到广泛应用。在本文中，您将了解它们的结构、用途和成本。让我们深入了解。

石墨与石墨烯

什么是石墨

石墨（碳的一种同素异形体）是由碳制成的六边形网格薄片。石墨烯的润滑感来自于其层与层之间的滑动能力。现在，从我们的铅笔到润滑油，甚至电池，日常用品中都能发现石墨的身影。石墨仍然是一种导体（但由于它是分层的，导电性不如石墨烯）。它价格低廉，资源相对丰富，是许多工业用途的首选材料。

什么是石墨烯

石墨烯是单层碳原子的蜂窝状排列。石墨烯也是单原子厚度，这意味着材料本身可以超薄，但仍然非常坚固。石墨烯通常被称为 "神奇材料"，因为它轻巧且近乎透明，但也因为它比我们所见过的任何材料都要坚固，而且导电性能良好。它的强度是钢的 200 倍，厚度仅为一个原子。这种材料的应用领域非常广泛，从电子产品到医疗设备，虽然这种材料在自然界中的含量相对丰富，但制造这种材料的成本高昂且困难重重。

结构

层与单层

石墨由多层碳片叠加而成。由于这些碳层之间的结合力很弱，因此很容易相互滑动。这就是我们手握石墨时感觉石墨很滑的原因，同时石墨还具有润滑剂的作用。

石墨烯：由碳原子组成的单层蜂窝状材料，厚度仅为一个原子，具有超强的强度和柔韧性。

粘接差异

石墨由于石墨层是通过原始的范德华力结合在一起的，因此很容易分裂或劈开。

石墨烯：这些碳原子在单层中紧密结合，使石墨烯具有强大的强度和柔韧性。

石墨和石墨烯的特性

导电性

石墨：虽然石墨也能通过层间自由移动的电子来导电，但没有附加石墨烯薄片的石墨导电性就差一些。当石墨层之间的距离足够大时，电阻就会产生。

石墨烯：众所周知的最佳导电体之一 因为电子在通过石墨烯时几乎没有阻力，所以石墨烯是高速电子器件的天然材料。

机械强度

石墨：软而脆。石墨容易折断，因此用于铅笔芯。由于石墨层之间的结合力较弱，因此容易变脆。

石墨烯：它非常坚硬，其强度是钢的 20 倍。虽然只有一个碳原子的厚度，但石墨烯的结构是由于其结晶晶格坚固，而且每个 C-C 键的强度相当于长度的两倍。

4.3 导热性

石墨：具有良好的导热性，因此被广泛应用于被动冷却等领域。

石墨烯：出色的导热性。它是热能的最佳导体之一，因此是冷却电气元件的理想选择。

应用

石墨

铅笔铅笔使用石墨作为 "铅"，因为它不会过多地涂抹或晕染，很容易在表面上留下痕迹，然后在需要时擦掉。石墨由一层一层的薄片组成，因此书写时只需很小的压力就能在纸上留下痕迹。

润滑剂：由于石墨很滑，因此被添加到润滑剂中，以防止机械之间的摩擦。由于石墨层是光滑的，它们可以很容易地相互滑动，形成一道坚固的屏障，从而减少零件因运动而磨损。

电池：研究还发现，石墨是一种内在元素，可在锂离子电池负极中发挥两种主要功能：稳定和高效储能。这种层状结构可使锂离子在充放电循环中轻松进出。

炼钢：在炼钢过程中，它通常被用作耐火材料，因为它能承受高热。为此，隔热材料 衬里 铸造厂和涂层炉必须保持恒温，这是生产优质钢材的绝对要求。

石墨烯

电子学：由于石墨烯是一种极好的导电体，伯克利实验室和加州大学圣地亚哥分校的两项新实验提出了一种可能性，即用石墨烯代替硅来制造计算机芯片--使设备运行速度更快，温度更低，同时（理想情况下）每次计算消耗的能量更少。它的高电子迁移率使其非常适合未来计算技术所需的快速开关速度。

医疗设备：生物相容性和敏感性使石墨烯成为生物传感器、给药系统和组织工程等的理想材料。石墨烯的无毒性和与生物系统的兼容性使其在医疗诊断或治疗中的应用更具吸引力。

能量存储：超级电容器和先进电池未来可能会使用石墨烯，以实现更快的充电时间和更高的能量存储。由于石墨烯具有高表面积和导电性，因此可以提高储能设备的性能，使其持久耐用。

复合材料:石墨烯可与金属和塑料等其他材料结合，使其重量更轻，强度更高，导电性更强。这些石墨烯增强复合材料的潜在应用领域包括减轻重量、提高燃油效率和改善整体烧蚀性能。

石墨与石墨烯：成本

石墨低

丰富性：石墨以常见的天然形态在世界各地开采，价格低廉，是一种易于获取且成本效益高的矿物。

生产成本：由于石墨的生产和加工成本较低，因此也适用于许多工业应用领域。

石墨烯：高

生产挑战：生产石墨烯比生产石墨困难得多。虽然现在可以用湿法制备单层 h-BN，但现有的制造方法--如化学气相沉积（CVD）和剥离技术--仍然成本高昂，且不易大规模生产。但其成本仍然很高，而且不容易进行大规模生产。

价格趋势：尽管石墨烯价格呈下降趋势，但其成本仍远高于石墨。目前正在努力创造更具成本效益的石墨烯生产方法，以使这种材料具有商业可行性。

结论

石墨和石墨烯具有一些相似的独特性质，这使它们成为一类重要的材料。因此，我们可以将石墨烯视为碳进化的最后一步。石墨已经为各行各业服务了几十年，但石墨烯才是许多人认为真正能改变游戏规则的材料，它能颠覆不同行业的许多领域。如果人们能够通过目前的研究，以更低廉的成本生产出石墨烯，那么这种超凡脱俗的材料称王称霸的世界也许就不远了。无论你现在是尊重石墨的实用主义，还是被石墨烯的潜力所吸引。两者都必须在技术和工业领域共同前进。