[科普中國]-石墨烯

研究歷史

實(shí)際上石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈·蓋姆（Andre Geim）和克斯特亞·諾沃消洛夫（Konstantin Novoselov）發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡(jiǎn)單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。

這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮，經(jīng)過5年的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，將石墨烯帶入工業(yè)化生產(chǎn)的領(lǐng)域已為時(shí)不遠(yuǎn)了。因此，在隨后三年內(nèi)，安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在單層和雙層石墨烯體系中分別發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應(yīng)及常溫條件下的量子霍爾效應(yīng)，他們也因此獲得2010年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在發(fā)現(xiàn)石墨烯以前，大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為，熱力學(xué)漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發(fā)現(xiàn)立即震撼了凝聚體物理學(xué)學(xué)術(shù)界。雖然理論和實(shí)驗(yàn)界都認(rèn)為完美的二維結(jié)構(gòu)無法在非絕對(duì)零度穩(wěn)定存在，但是單層石墨烯在實(shí)驗(yàn)中被制備出來。2

理化性質(zhì)物理性質(zhì)力學(xué)特性

石墨烯是目前已知強(qiáng)度最高的材料之一，同時(shí)還具有很好的韌性，且可以彎曲，石墨烯的理論楊氏模量達(dá)1.0TPa，固有的拉伸強(qiáng)度為130GPa。而利用氫等離子改性的還原石墨烯也具有非常好的強(qiáng)度，平均模量可大0.25TPa。3由石墨烯薄片組成的石墨紙擁有很多的孔，因而石墨紙顯得很脆，然而，經(jīng)氧化得到功能化石墨烯，再由功能化石墨烯做成石墨紙則會(huì)異常堅(jiān)固強(qiáng)韌。3

電子效應(yīng)

石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm2/（V-s），這一數(shù)值超過了硅材料的10倍，是目前已知載流子遷移率最高的物質(zhì)銻化銦（InSb）的兩倍以上。在某些特定條件下如低溫下，石墨烯的載流子遷移率甚至可高達(dá)250000cm2/（V-s）。與很多材料不一樣，石墨烯的電子遷移率受溫度變化的影響較小，50~500K之間的任何溫度下，單層石墨烯的電子遷移率都在15000cm2/（V-s）左右

另外，石墨烯中電子載體和空穴載流子的半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)可以通過電場(chǎng)作用改變化學(xué)勢(shì)而被觀察到，而Novoselov等在室溫條件下就觀察到了石墨烯的這種量子霍爾效應(yīng)。4石墨烯中的載流子遵循一種特殊的量子隧道效應(yīng)，在碰到雜質(zhì)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生背散射，這是石墨烯局域超強(qiáng)導(dǎo)電性以及很高的載流子遷移率的原因。石墨烯中的電子和光子均沒有靜止質(zhì)量，他們的速度是和動(dòng)能沒有關(guān)系的常數(shù)。3

石墨烯是一種零距離半導(dǎo)體,因?yàn)樗鼈鲗?dǎo)和價(jià)帶在狄拉克點(diǎn)相遇。在狄拉克點(diǎn)的六個(gè)位置動(dòng)量空間的邊緣布里淵區(qū),分為兩組等效的三分，分別為兩組標(biāo)記K和K'。相比之下,傳統(tǒng)半導(dǎo)體的主要興趣點(diǎn)通常為Γ,動(dòng)量為零。5

熱性能

石墨烯具有非常好的熱傳導(dǎo)性能。純的無缺陷的單層石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/mK，是目前為止導(dǎo)熱系數(shù)最高的碳材料，高于單壁碳納米管（3500W/mK）和多壁碳納米管（3000W/mK）。當(dāng)它作為載體時(shí)，它的導(dǎo)熱系數(shù)也可達(dá)600W/mK。3此外，石墨烯的彈道熱導(dǎo)率使單位圓周和長(zhǎng)度的碳納米管的彈道熱導(dǎo)率的下限下移。6

光學(xué)特性

石墨烯具有非常良好的光學(xué)特性，在較寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸收率約為2.3%，看上去幾乎是透明的。在幾層石墨烯厚度范圍內(nèi)，厚度每增加一層，吸收率增加2.3%。大面積的石墨烯薄膜同樣具有優(yōu)異的光學(xué)特性，且其光學(xué)特性隨石墨烯厚度的改變而發(fā)生變化。這是單層石墨烯具有不尋常的低能電子結(jié)構(gòu)。電子和空穴的錐形帶在狄拉克點(diǎn)相遇的結(jié)果。在室溫下對(duì)雙柵極雙層石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管施加電壓，石墨烯的帶隙可在0~0.25eV間調(diào)整。施加磁場(chǎng)，石墨烯納米帶的光學(xué)響應(yīng)可調(diào)諧至太赫茲范圍。7

線性光學(xué)性質(zhì)：?jiǎn)螌邮┑奈饴屎芨?，?duì)從可見光到太赫茲寬波段每層吸收2.3%光。

非線性光學(xué)性質(zhì)：當(dāng)入射光的強(qiáng)度超過某一臨界值時(shí)，石墨烯對(duì)其的吸收會(huì)達(dá)到飽和。這些特性可以使得石墨烯可以用來做被動(dòng)鎖模激光器。8這種獨(dú)特的吸收可能成為飽和時(shí)輸入光強(qiáng)超過一個(gè)閾值，這稱為飽和影響，石墨烯可飽和容易下可見強(qiáng)有力的激勵(lì)近紅外地區(qū)，由于環(huán)球光學(xué)吸收和零帶隙。由于這種特殊性質(zhì),石墨烯具有廣泛應(yīng)用在超快光子學(xué)。石墨烯/氧化石墨烯層的光學(xué)響應(yīng)可以調(diào)諧電。9更密集的激光照明下,石墨烯可能擁有一個(gè)非線性相移的光學(xué)非線性克爾效應(yīng)。10

**溶解性：**在非極性溶劑中表現(xiàn)出良好的溶解性11

**其他性質(zhì)：**可以吸附和脫附各種原子和分子12，具有超疏水性和超親油性1314

化學(xué)性質(zhì)石墨烯的化學(xué)性質(zhì)與石墨類似，石墨烯可以吸附并脫附各種原子和分子。當(dāng)這些原子或分子作為給體或受體時(shí)可以改變石墨烯載流子的濃度，而石墨烯本身卻可以保持很好的導(dǎo)電性。但當(dāng)吸附其他物質(zhì)時(shí)，如H+和OH-時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一些衍生物，石墨烯的導(dǎo)電性變差，但這并不是產(chǎn)生了新的化合物。可以利用石墨來推測(cè)石墨烯的性質(zhì)。例如石墨烷的生成就是在二維石墨烯的基礎(chǔ)上，每個(gè)碳原子多加上一個(gè)氫原子，從而使石墨烯中sp2碳原子變成sp3雜化。3

**氧化性：**可與活潑金屬反應(yīng)，或是在空氣中被氧化15

**還原性：**可被氧化性酸氧化，通過該方法可以將石墨烯裁成小碎片16

**加成反應(yīng)：**利用石墨烯上的雙鍵，可以通過加成反應(yīng)，加入需要的基團(tuán)1

**穩(wěn)定性：**石墨烯的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，碳碳鍵（carbon-carbon bond）僅為1.42。石墨烯內(nèi)部的碳原子之間的連接很柔韌，當(dāng)施加外力于石墨烯時(shí)，碳原子面會(huì)彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，從而保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使石墨烯具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱性。另外，石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯內(nèi)部電子受到的干擾也非常小17

**芳香性：**石墨烯具有芳香性，具有芳烴的性質(zhì)11

制備方法石墨烯分為石墨烯粉體和石墨烯薄膜兩大類。常見的石墨粉體生產(chǎn)的方法為機(jī)械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長(zhǎng)法。石墨烯薄膜生產(chǎn)方法為化學(xué)氣相沉積法（CVD）。

粉體生產(chǎn)方法1、機(jī)械剝離法

機(jī)械剝離法是利用物體與石墨烯之間的摩擦和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，得到石墨烯薄層材料的方法。這種方法操作簡(jiǎn)單，得到的石墨烯通常保持著完整的晶體結(jié)構(gòu)。2004年英國兩位科學(xué)使用透明膠帶對(duì)天然石墨進(jìn)行層層剝離取得石墨烯的方法，也歸為機(jī)械剝離法，這種方法一度被認(rèn)為生產(chǎn)效率低，無法工業(yè)化量產(chǎn)。18

2、氧化還原法

氧化還原法是通過使用硫酸、硝酸等化學(xué)試劑及高錳酸鉀、雙氧水等氧化劑將天然石墨氧化，增大石墨層之間的間距，在石墨層與層之間插入氧化物，制得氧化石墨（Graphite Oxide）。然后將反應(yīng)物進(jìn)行水洗，并對(duì)洗凈后的固體進(jìn)行低溫干燥，制得氧化石墨粉體。通過物理剝離、高溫膨脹等方法對(duì)氧化石墨粉體進(jìn)行剝離，制得氧化石墨烯。最后通過化學(xué)法將氧化石墨烯還原，得到石墨烯（RGO）。這種方法操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)量高，但是產(chǎn)品質(zhì)量較低。氧化還原法使用硫酸、硝酸等強(qiáng)酸，存在較大的危險(xiǎn)性，又須使用大量的水進(jìn)行清洗，帶大較大的環(huán)境污染。

使用氧化還原法制備的石墨烯，含有較豐富的含氧官能團(tuán)，易于改性。但由于在對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原時(shí)，較難控制還原后石墨烯的氧含量，同時(shí)氧化石墨烯在陽光照射、運(yùn)輸時(shí)車廂內(nèi)高溫等外界每件影響下會(huì)不斷的還原，因此氧化還原法生產(chǎn)的石墨烯逐批產(chǎn)品的品質(zhì)往往不一致，難以控制品質(zhì)。19

3、（碳化硅）SiC外延法

SiC外延法是通過在超高真空的高溫環(huán)境下，使硅原子升華脫離材料，剩下的C原子通過自組形式重構(gòu)，從而得到基于SiC襯底的石墨烯。這種方法可以獲得高質(zhì)量的石墨烯，但是這種方法對(duì)設(shè)備要求較高。20

薄膜生產(chǎn)方法化學(xué)氣相沉積法即（CVD）是使用含碳有機(jī)氣體為原料進(jìn)行氣相沉積制得石墨烯薄膜的方法。這是目前生產(chǎn)石墨烯薄膜最有效的方法。這種方法制備的石墨烯具有面積大和質(zhì)量高的特點(diǎn)，但現(xiàn)階段成本較高，工藝條件還需進(jìn)一步完善。由于石墨烯薄膜的厚度很薄，因此大面積的石墨烯薄膜無法單獨(dú)使用，必須附著在宏觀器件中才有使用價(jià)值，例如觸摸屏、加熱器件等。21

主要分類單層石墨烯單層石墨烯（Graphene）：指由一層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)（即六角形蜂巢結(jié)構(gòu)）周期性緊密堆積的碳原子構(gòu)成的一種二維碳材料。22

雙層石墨烯雙層石墨烯（Bilayer or double-layer graphene）：指由兩層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)（即六角形蜂巢結(jié)構(gòu)）周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛等）堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。23

少層石墨烯少層石墨烯（Few-layer）：指由3-10層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)（即六角形蜂巢結(jié)構(gòu)）周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。24

多層石墨烯多層石墨烯又叫厚層石墨烯（multi-layer graphene）：指厚度在10層以上10nm以下苯環(huán)結(jié)構(gòu)（即六角形蜂巢結(jié)構(gòu)）周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。25

主要應(yīng)用隨著批量化生產(chǎn)以及大尺寸等難題的逐步突破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐正在加快，基于已有的研究成果，最先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的領(lǐng)域可能會(huì)是移動(dòng)設(shè)備、航空航天、新能源電池領(lǐng)域。

基礎(chǔ)研究石墨烯對(duì)物理學(xué)基礎(chǔ)研究有著特殊意義，它使得一些此前只能在理論上進(jìn)行論證的量子效應(yīng)可以通過實(shí)驗(yàn)經(jīng)行驗(yàn)證。在二維的石墨烯中，電子的質(zhì)量仿佛是不存在的，這種性質(zhì)使石墨烯成為了一種罕見的可用于研究相對(duì)論量子力學(xué)的凝聚態(tài)物質(zhì)——因?yàn)闊o質(zhì)量的粒子必須以光速運(yùn)動(dòng)，從而必須用相對(duì)論量子力學(xué)來描述，這為理論物理學(xué)家們提供了一個(gè)嶄新的研究方向：一些原來需要在巨型粒子加速器中進(jìn)行的試驗(yàn)，如今可以在小型實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用石墨烯進(jìn)行。

石墨烯還具有所謂的量子霍爾效應(yīng)，這種諾貝爾獎(jiǎng)量級(jí)的重要效應(yīng)以往是要在極低溫下才能顯現(xiàn)的，石墨烯卻能將它帶到室溫下。26

晶體管石墨烯可以用來制作晶體管，由于石墨烯結(jié)構(gòu)的高度穩(wěn)定性，這種晶體管在接近單個(gè)原子的尺度上依然能穩(wěn)定地工作。相比之下，目前勇挑大梁的以硅為材料的晶體管在10nm左右的尺度上就會(huì)失去穩(wěn)定性；石墨烯中電子對(duì)外場(chǎng)的反應(yīng)速度超快這一特點(diǎn)，又使得由它制成的晶體管可以達(dá)到極高的工作頻率。例如IBM公司在2010年2月就已宣布將石墨烯晶體管的工作頻率提高到了100GHz，超過同等尺度的硅晶體管。3

柔性顯示屏消費(fèi)電子展上可彎曲屏幕備受矚目，成為未來移動(dòng)設(shè)備顯示屏的發(fā)展趨勢(shì)。柔性顯示未來市場(chǎng)廣闊，作為基礎(chǔ)材料的石墨烯前景也被看好。韓國研究人員首次制造出了又多層石墨烯和玻璃纖維聚酯片基底組成的柔性透明顯示屏。韓國三星公司和成均館大學(xué)的研究人員在一個(gè)63cm寬的柔性透明玻璃纖維聚酯板上，制造出了一塊電視機(jī)大小的純石墨烯。他們表示，這是迄今為止“塊頭”最大的石墨烯塊。隨后，他們用該石墨烯塊制造出了一塊柔性觸摸屏。研究人員表示，從理論上來講，人們可以卷起智能手機(jī)，然后像鉛筆一樣將其別在而后。3

新能源電池新能源電池也是石墨烯最早商用的一大重要領(lǐng)域。美國麻省理工學(xué)院已成功研制出表面附有石墨烯納米涂層的柔性光伏電池板，可極大降低制造透明可變形太陽能電池的成本，這種電池有可能在夜視鏡、相機(jī)等小型數(shù)碼設(shè)備中應(yīng)用。另外，石墨烯超級(jí)電池的成功研發(fā)，也解決了新能源汽車電池的容量不足以及充電時(shí)間長(zhǎng)的問題，極大加速了新能源電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這一系列的研究成果為石墨烯在新能源電池行業(yè)的應(yīng)用鋪就了道路。3

航空航天由于高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、超輕薄等特性，石墨烯在航天軍工領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也是極為突出的。前不久美國NASA開發(fā)出應(yīng)用于航天領(lǐng)域的石墨烯傳感器，就能很好的對(duì)地球高空大氣層的微量元素、航天器上的結(jié)構(gòu)性缺陷等進(jìn)行檢測(cè)。而石墨烯在超輕型飛機(jī)材料等潛在應(yīng)用上也將發(fā)揮更重要的作用。27

感光元件2013年，新加坡南洋理工大學(xué)學(xué)者，研發(fā)出了一個(gè)以石墨烯作為感光元件材質(zhì)的新型感光元件，可望透過特殊結(jié)構(gòu)，讓感光能力比現(xiàn)有CMOS或CCD提高上千倍，而且損耗的能源也僅需原本10%。

這項(xiàng)技術(shù)將被應(yīng)用在監(jiān)視器與衛(wèi)星成像領(lǐng)域中，不久的將來可以應(yīng)用于照相機(jī)、智能手機(jī)等。28

復(fù)合材料基于石墨烯的復(fù)合材料是石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域中的重要研究方向， 其在能量?jī)?chǔ)存、液晶器件、電子器件、生物材料、傳感材料和催化劑載體等領(lǐng)域展現(xiàn)出了優(yōu)良性能， 具有廣闊的應(yīng)用前景。目前石墨烯復(fù)合材料的研究主要集中在石墨烯聚合物復(fù)合材料和石墨烯基無機(jī)納米復(fù)合材料上，而隨著對(duì)石墨烯研究的深入， 石墨烯增強(qiáng)體在塊體金屬基復(fù)合材料中的應(yīng)用也越來越受到人們的重視。3

發(fā)展前景由于其獨(dú)有的特性，石墨烯被稱為“神奇材料”，科學(xué)家甚至預(yù)言其將“徹底改變21世紀(jì)”。曼徹斯特大學(xué)副校長(zhǎng)Colin Bailey教授稱：“石墨烯有可能徹底改變數(shù)量龐大的各種應(yīng)用，從智能手機(jī)和超高速寬帶到藥物輸送和計(jì)算機(jī)芯片?！?/p>

中國中國在石墨烯研究上也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，從生產(chǎn)角度看，作為石墨烯生產(chǎn)原料的石墨，在我國儲(chǔ)能豐富，價(jià)格低廉。另外，批量化生產(chǎn)和大尺寸生產(chǎn)是阻礙石墨烯大規(guī)模商用的最主要因素。而中國最新的研究成果已成功突破這兩大難題，制造成本已從5000元/克降至3元/克，解決了這種材料的量產(chǎn)難題。利用化學(xué)氣相沉積法成功制造出了國內(nèi)首片15英寸的單層石墨烯，并成功地將石墨烯透明電極應(yīng)用于電阻觸摸屏上，制備出了7英寸石墨烯觸摸屏。

中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院的研究人員在展示單層石墨烯產(chǎn)品的超強(qiáng)透光性和柔性。

中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟率領(lǐng)貝特瑞、正泰集團(tuán)、常州第六元素、億陽集團(tuán)等四家上市公司的代表參加了西班牙的石墨烯會(huì)議，并分別與意大利、瑞典代表團(tuán)簽訂了深度戰(zhàn)略合作協(xié)議，為“石墨烯全球并購，中國整合”戰(zhàn)略打響了第一槍。此外，3月初全球首批3萬部量產(chǎn)石墨烯手機(jī)在重慶發(fā)布，開啟了石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的新時(shí)代。石墨烯入選“十三五”新材料規(guī)劃已經(jīng)基本落定，預(yù)計(jì)2015年將成為中國石墨烯產(chǎn)業(yè)爆發(fā)元年。

2014年3月20日，中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所陳成猛課題組與清華大學(xué)和中科院金屬研究所相關(guān)團(tuán)隊(duì)合作，成功研制出高導(dǎo)熱石墨烯/炭纖維柔性復(fù)合薄膜。29

2014年11月26日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳恒安教授、王奉超特任副研究員與安德烈-海姆教授課題組及荷蘭內(nèi)梅亨大學(xué)研究人員合作，在石墨烯等類膜材料輸運(yùn)特性研究方面首次發(fā)現(xiàn)，石墨烯可以作為良好的“質(zhì)子傳導(dǎo)膜”。

2015年03月02日，全球首批3萬部石墨烯手機(jī)在渝發(fā)布，其核心技術(shù)由中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院和中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所開發(fā)。30

2015年5月，南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院周震教授課題組發(fā)現(xiàn)一種可呼吸二氧化碳電池。

2015年6月，南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授和物理學(xué)院田建國教授的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)通過3年的研究，獲得了一種特殊的石墨烯材料。該材料可在包括太陽光在內(nèi)的各種光源照射下驅(qū)動(dòng)飛行，其獲得的驅(qū)動(dòng)力是傳統(tǒng)光壓的千倍以上。

2016年4月27日全球首款石墨烯電子紙?jiān)趶V州宣布成功研發(fā)問世，這一技術(shù)將電子紙的性能提升到一個(gè)新的高度，也為石墨烯的產(chǎn)業(yè)化開創(chuàng)了一個(gè)全新的空間，標(biāo)志著我國在石墨烯應(yīng)用上已經(jīng)走在了世界的前沿。

美國美國俄亥俄州的Nanotek儀器公司利用鋰電池在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，開發(fā)出一種新的電池。這種新的電池可把數(shù)小時(shí)的充電時(shí)間壓縮至短短不到一分鐘。分析人士認(rèn)為，未來一分鐘快充石墨烯電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，將帶來電池產(chǎn)業(yè)的變革，從而也促使新能源汽車產(chǎn)業(yè)的革新。

2013年初，美國加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員就開發(fā)出一種以石墨烯為基礎(chǔ)的微型超級(jí)電容器，該電容器不僅外形小巧，而且充電速度為普通電池的1000倍，可以在數(shù)秒內(nèi)為手機(jī)甚至汽車充電，同時(shí)可用于制造體積較小的器件。

微型石墨烯超級(jí)電容技術(shù)突破可以說是給電池帶來了革命性發(fā)展。當(dāng)前主要制造微型電容器的方法是平板印刷技術(shù)，需要投入大量的人力和成本，阻礙了產(chǎn)品的商業(yè)應(yīng)用。以后只需要常見的DVD刻錄機(jī)，甚至是在家里，利用廉價(jià)材料30分鐘就可以在一個(gè)光盤上制造100多個(gè)微型石墨烯超級(jí)電容。

美國普渡大學(xué)（Purdue University）正在研究通過新的、更加簡(jiǎn)單的方式制造納米電極材料的工藝。該大學(xué)的研究表明，在電池中使用納米材料，將會(huì)增加電池的充電容量和充放電速度。

歐洲正是看到了石墨烯的應(yīng)用前景，許多國家紛紛建立石墨烯相關(guān)技術(shù)研發(fā)中心，嘗試使用石墨烯商業(yè)化，進(jìn)而在工業(yè)、技術(shù)和電子相關(guān)領(lǐng)域獲得潛在的應(yīng)用專利。歐盟委員會(huì)將石墨烯作為“未來新興旗艦技術(shù)項(xiàng)目”，設(shè)立專項(xiàng)研發(fā)計(jì)劃，未來10年內(nèi)撥出10億歐元經(jīng)費(fèi)。英國政府也投資建立國家石墨烯研究所（NGI），力圖使這種材料在未來幾十年里可以從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入生產(chǎn)線和市場(chǎng)。

韓國韓國研究人員在硅基底上成功合成了晶片級(jí)的高質(zhì)量多層石墨烯。該方法基于一種離子注入技術(shù)，簡(jiǎn)單而且可升級(jí)。這一成果使石墨烯離商業(yè)應(yīng)用更近一步。晶片級(jí)的石墨烯可能是微電子線路中一個(gè)必不可少的組成部分，但大部分石墨烯制造方法都與硅微電子器件不兼容，阻礙了石墨烯從潛在材料向?qū)嶋H應(yīng)用的跨越。

目前，韓國的三星電子也在從事旨在硅表面添加石墨烯涂層的硅基陽極物質(zhì)的研究。如果該研究能夠取得成功，鋰離子蓄電池的壽命將會(huì)提高到2倍以上。該研究綜合了硅基材料壽命長(zhǎng)和石墨烯材料充電容量大的優(yōu)點(diǎn)，重點(diǎn)解決如何在硅基材料上建立石墨烯涂層的工藝化問題。

西班牙2015年1月，西班牙Graphenano公司（一家以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的公司）同西班牙科爾瓦多大學(xué)合作研究出首例石墨烯聚合材料電池，其儲(chǔ)電量是目前市場(chǎng)最好產(chǎn)品的三倍，用此電池提供電力的電動(dòng)車最多能行駛1000公里，而其充電時(shí)間不到8分鐘。

日本2015年9月2日，據(jù)日本的科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）與日本東北大學(xué)的原子分子材料科學(xué)高等研究機(jī)構(gòu)（AIMR）發(fā)表，在作為下一代蓄電池而被熱切期待的鋰空氣電池中，通過使用具備三維構(gòu)造的多孔材質(zhì)石墨烯作為陽極材料，獲得了較高的能量利用效率和100次以上的充放電性能。如果電動(dòng)車使用這種新型電池，則巡航里程將從目前的200公里左右增加到500-600公里左右。