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石墨烯是从石墨材料中剥离出来的二维碳材料，按照碳原子层数可分为单层石墨烯、多层石墨烯及石墨烯微片。其中单层石墨烯是指碳原子仅仅在二维平面以六角蜂巢结构排列构成的严格单层碳材料，是一种没有能隙具有线性能量分布的半导体，由于电子可以在晶体中自由移动而赋予单层石墨烯非常好的导电性。
石墨烯的种类
石墨烯单层碳结构
在力学方面，石墨烯是人类已知最强最高的物质，其杨氏模量达1Tpa，与单壁碳纳米管相当。强度约为GPa，是普通钢材的倍。此外，石墨烯还具有良好的韧性，单位面积石墨烯片可承受4kg重量，可见其韧性相当于碳纤维的20倍;在热学方面，石墨烯自身的导热系数达到W/m?K，是室温下最好的导热材料，导热性能是碳纳米管的1.51倍，是铜的13倍;在电学方面，石墨烯是室温下最好的导电材料，由于其特殊的能带结构使常温下电子运动干扰小，传输质量大幅提高。石墨烯的电学性能突出表现在高载流子迁移率及高电流密度，其载流子迁移率达cm2/V?s，相当于商用硅片的10倍。电流密度耐性为2亿A/cm2，相当于铜的倍。
石墨烯的特殊性能
石墨烯除具有优异的热学、力学及电学性能外，还具有几类特殊功能如低温吸氢、常温无散射、应变传感等，这使得石墨烯能用于制作吸氢材料、无散射传输器件、应变传感器、双极半导体和类催化剂等。综合分析石墨烯的各类优异性能及特性，石墨烯将来运用的领域将会十分广阔，且主要集中在电子行业及化工行业，尤其是在电子行业的锂电池电极、触摸屏、超级电容领域和化工行业的涂层、保险、吸附、淡化领域。
石墨烯应用领域
石墨烯的独特用途
在全球主要优先权专利申请件数排位中，中国、韩国、美国申请件数名列前三，分别为、、件。石墨烯的研发主要集中在亚洲及北美洲，其中中国是主要的研发国家，最早优先权专利申请数约占全球50%。全球前十位石墨烯专利申请人中，有五位是中国高校，两位是韩国高校，只有三家是企业，高校占70%，可见目前石墨烯的研发主力仍然在高校。从专利数量看，专利申请数最多的申请人为韩国三星、韩国高科技学院及美国IBM，专利申请数分别为、、件，可见全球石墨烯研发技术领先机构主要分布在韩国。
全球石墨烯最早优先权专利申请件数分布
全球前十位石墨烯专利申请人
当前在石墨烯研发重点在高端光电元件。以欧盟为例，欧盟拟定了未来20年石墨烯研发蓝图，其在近期将加大力度研发触摸屏、电子纸、折叠式OLED、光纤激光器等光电元件。
至年以后，石墨烯研发往高端光电元件迈进，主要为晶体管及光学发生器、调节器等。现阶段石墨烯的制取工艺研究及向下游应用拓展为主要发展方向，近期的重大成果主要集中在石墨烯制备、可穿戴设备、油墨印刷、锂电池等方面。
-年石墨烯部分重大研发成果
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