據(jù)美國(guó)商業(yè)資訊網(wǎng)報(bào)道，全球首個(gè)采用石墨烯打造超級(jí)電容移動(dòng)電源的Zapgo有限公司(Zap&Go)，日前正式和株洲企業(yè)——立方新能源科技有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱立方新能源）簽訂合作協(xié)議，共同開(kāi)發(fā)“Carbon-Ion”石墨烯超級(jí)電容器。這預(yù)示著以石墨烯為代表的下一代電池開(kāi)始商業(yè)化量產(chǎn)。

Zap&Go總部位于英國(guó)牛津的哈威爾研究中心，是一家國(guó)際知名的科技型公司。公司旗下的Carbon-Ion超級(jí)電容器是第一款可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的鋰離子電池替代品。立方新能源創(chuàng)立不到4年，已成為省內(nèi)新能源鋰離子電池研發(fā)生產(chǎn)的龍頭企業(yè)。此次雙方之所以能達(dá)成合作，源于Carbon-Ion超級(jí)電容器使用的生產(chǎn)線與鋰離子電池相同：立方新能源生產(chǎn)這一全新的產(chǎn)品，無(wú)須另外設(shè)計(jì)和安裝生產(chǎn)線。

立方新能源總經(jīng)理涂健表示，立方新能源期待和Zap&Go公司建立強(qiáng)有力的合作關(guān)系，推動(dòng)石墨烯超級(jí)電容技術(shù)在各種電子產(chǎn)品市場(chǎng)中的應(yīng)用。該技術(shù)最初將應(yīng)用于電動(dòng)摩托車、無(wú)繩電動(dòng)工具和清潔機(jī)器人。相比目前普通電池幾個(gè)小時(shí)的充電時(shí)間，Carbon-Ion超級(jí)電容器三五分鐘即可完成充電。產(chǎn)品預(yù)計(jì)于2018年初上市。

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。石墨烯是世上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過(guò)15000cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體（monocrystallinesilicon）高，而電阻率只約10-6Ω·cm，比銅或銀更低。石墨烯適合用來(lái)制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽(yáng)能電池。

電子運(yùn)輸

在發(fā)現(xiàn)石墨烯以前，大多數(shù)（如果不是所有的話）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)立即震撼了凝聚態(tài)物理界。雖然理論和實(shí)驗(yàn)界都認(rèn)為完美的二維結(jié)構(gòu)無(wú)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(lái)。這些可能歸結(jié)于石墨烯在納米級(jí)別上的微觀扭曲。

石墨烯還表現(xiàn)出了異常的整數(shù)量子霍爾行為。其霍爾電導(dǎo)=2e/h,6e/h,10e/h....為量子電導(dǎo)的奇數(shù)倍，且可以在室溫下觀測(cè)到。這個(gè)行為已被科學(xué)家解釋為“電子在石墨烯里遵守相對(duì)論量子力學(xué)，沒(méi)有靜質(zhì)量”。

導(dǎo)電導(dǎo)熱特性

石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來(lái)適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。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(lái)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，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。

石墨烯最大的特性是其中電子的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。這使得石墨烯中的電子，或更準(zhǔn)確地，應(yīng)稱為“載荷子”(electricchargecarrier)，的性質(zhì)和相對(duì)論性的中微子非常相似。

石墨烯有相當(dāng)?shù)牟煌该鞫龋嚎梢晕沾蠹s2.3%的可見(jiàn)光。而這也是石墨烯中載荷子相對(duì)論性的體現(xiàn)。

加州大學(xué)河濱分校（UCRiverside）的AlexlanderBalandin教授及其研究小組成員應(yīng)用拉曼光譜偏移測(cè)量手段，測(cè)得懸空的單層石墨烯在室溫下可擁有4840W/mK的高熱導(dǎo)率。石墨烯的高熱導(dǎo)率特性也進(jìn)一步支持石墨烯作為新電子器件材料的應(yīng)用前景。

機(jī)械特性

石墨烯是人類已知強(qiáng)度最高的物質(zhì)，比鉆石還堅(jiān)硬，強(qiáng)度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)家對(duì)石墨烯的機(jī)械特性進(jìn)行了全面的研究。在試驗(yàn)過(guò)程中，他們選取了一些直徑在10—20微米的石墨烯微粒作為研究對(duì)象。研究人員先是把這些石墨烯樣品放在了一個(gè)表面被鉆有小孔的晶體薄板上，這些孔的直徑在1—1.5微米之間。之后，他們用金剛石制成的探針對(duì)這些放置在小孔上的石墨烯施加壓力，以測(cè)試它們的承受能力。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在石墨烯樣品微粒開(kāi)始碎裂前，它們每100納米距離上可承受的最大壓力居然達(dá)到了大約2.9微牛。據(jù)科學(xué)家們測(cè)算，這一結(jié)果相當(dāng)于要施加55牛頓的壓力才能使1微米長(zhǎng)的石墨烯斷裂。如果物理學(xué)家們能制取出厚度相當(dāng)于普通食品塑料包裝袋的（厚度約100納米）石墨烯，那么需要施加差不多兩萬(wàn)牛的壓力才能將其扯斷。換句話說(shuō)，如果用石墨烯制成包裝袋，那么它會(huì)能承受大約兩噸重的物品。

電子的相互作用

利用世界上最強(qiáng)大的人造輻射源，美國(guó)加州大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)和勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了石墨烯特性新秘密：石墨烯中電子間以及電子與蜂窩狀柵格間均存在著強(qiáng)烈的相互作用。

科學(xué)家借助了美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的“先進(jìn)光源（ALS）”電子同步加速器。這個(gè)加速器產(chǎn)生的光輻射亮度相當(dāng)于醫(yī)學(xué)上X射線強(qiáng)度的1億倍。科學(xué)家利用這一強(qiáng)光源觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，石墨烯中的電子不僅與蜂巢晶格之間相互作用強(qiáng)烈，而且電子和電子之間也有很強(qiáng)的相互作用。

化學(xué)性質(zhì)

關(guān)于石墨烯化學(xué)知道的是：類似石墨表面，石墨烯可以吸附和脫附各種原子和分子。從表面化學(xué)的角度來(lái)看，石墨烯的性質(zhì)類似于石墨，可利用石墨來(lái)推測(cè)石墨烯的性質(zhì)。石墨烯化學(xué)可能有許多潛在的應(yīng)用，然而要石墨烯的化學(xué)性質(zhì)得到廣泛關(guān)注有一個(gè)不得不克服的障礙：缺乏適用于傳統(tǒng)化學(xué)方法的樣品。這一點(diǎn)未得到解決，研究石墨烯化學(xué)會(huì)面臨重重困難。

記憶效應(yīng)

質(zhì)譜測(cè)定中的記憶效應(yīng)表現(xiàn)為一次涂樣測(cè)定的結(jié)果受到殘存在離子源內(nèi)測(cè)定過(guò)的同種樣品的影響，當(dāng)前后樣品的待測(cè)同位素豐度相差越大時(shí)，記憶效應(yīng)帶來(lái)的影響也越大。在熱電離質(zhì)譜測(cè)定中，記憶效應(yīng)主要由石墨烯表面吸附和樣品沉積兩種因素引起。有些活性強(qiáng)的化合物的蒸氣與離子源內(nèi)表面接觸時(shí)會(huì)被吸附，吸附量的多少除了與化合物的性質(zhì)有關(guān)外，還與離子源內(nèi)表面的材料及光潔度有關(guān)。

當(dāng)長(zhǎng)期工作以后，樣品蒸氣在離子源內(nèi)表面的沉積會(huì)越來(lái)越多，特別是在源的出口縫及離子光學(xué)透鏡的狹縫處，如果在高溫下工作，沉積在離子源內(nèi)表面的樣品會(huì)受熱再次蒸發(fā)而被電離，影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外一種情況，雖然測(cè)定的元素與離子源已沉積的元素不一樣，但它們是同質(zhì)異位素，這樣離子源內(nèi)表面的沉積也會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果帶來(lái)影響。記憶效應(yīng)的強(qiáng)弱與所采用的樣品化合物的形式有關(guān)，如進(jìn)行鋰同位素測(cè)定時(shí)，采用不同鋰化合物凃樣，定量測(cè)定的記憶的鋰量相差很大，其中以LiF的記憶效應(yīng)最強(qiáng)。

潛在作用

1、石墨烯有抗菌物質(zhì)：中科院上海分院某位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)石墨烯氧化物對(duì)于抑制大腸桿菌的生長(zhǎng)超級(jí)有效，而且不會(huì)傷害到人體細(xì)胞。假若石墨烯氧化物對(duì)其他細(xì)菌也具有抗菌性，則可能找到一系列新的應(yīng)用，像自動(dòng)除去氣味的鞋子，對(duì)有害菌導(dǎo)致的便秘進(jìn)行快速消除，或保存食品新鮮的包裝。這可是與人們的生活密切相關(guān)的哦。

2、石墨烯能夠淡化海水：研究表明，石墨烯過(guò)濾器可能大幅度的勝過(guò)其他的海水淡化技術(shù)。如果能夠與水分子分解發(fā)電技術(shù)結(jié)合，水、電就會(huì)成為非常廉價(jià)的產(chǎn)品，人類就不會(huì)為缺水、停電煩惱。

3、石墨烯能夠作為太陽(yáng)能電池：南加州大學(xué)維特比工程學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室報(bào)告高度透明的石墨烯薄膜的化學(xué)氣相沉積法在2008年的大規(guī)模生產(chǎn)。在這個(gè)過(guò)程中，研究人員創(chuàng)建超薄的石墨烯片，方法是在甲烷氣體中的鎳板上，由首先沉積的碳原子形成石墨烯薄膜的形式。然后，他們?cè)谑又箱佅乱粚訜崴苄员Ｗo(hù)層，并且在酸浴中溶解掉下面的鎳。在最后的步驟中，他們把塑料保護(hù)的石墨烯附著到一個(gè)非常靈活的聚合物片材，它可以被納入一個(gè)有機(jī)太陽(yáng)能電池(OPV電池,石墨烯光伏電池）。石墨烯/聚合物片材已被生產(chǎn)，大小范圍在150平方厘米，和可以用來(lái)生產(chǎn)靈活的有機(jī)太陽(yáng)能電池(OPV電池)。這可能最終有可能運(yùn)行能覆蓋廣泛的地區(qū)的廉價(jià)太陽(yáng)能電池，就像報(bào)紙印刷機(jī)的印刷報(bào)紙一樣。

4、石墨烯具備作為優(yōu)秀的集成電路電子器件的理想性質(zhì)。石墨烯具有高的載流子遷移率（carriermobility），以及低噪聲，允許它被用作在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的通道。問(wèn)題是單層的石墨烯制造困難，更難作出適當(dāng)?shù)幕濉?br/>
根據(jù)2010年1月的一份報(bào)告中，對(duì)SiC外延生長(zhǎng)石墨烯的數(shù)量和質(zhì)量適合大規(guī)模生產(chǎn)的集成電路。在高溫下，在這些樣品中的量子霍爾效應(yīng)可以被測(cè)量。另請(qǐng)參閱IBM在2010年的工作的晶體管一節(jié)中，速度快的晶體管'處理器'制造了2-英寸(51-毫米)的石墨烯薄片。然而在2011年6月，IBM的研究人員宣布，他們已經(jīng)成功地創(chuàng)造了第一個(gè)石墨烯為基礎(chǔ)的集成電路-寬帶無(wú)線混頻器。電路處理頻率高達(dá)10GHz，其性能不受溫度可高達(dá)127攝氏度的影響。

5、石墨烯可以用于超級(jí)電容器的導(dǎo)電電極，因石墨烯具有特高的表面面積對(duì)質(zhì)量比例。科學(xué)家認(rèn)為這種超級(jí)電容器的儲(chǔ)存能量密度會(huì)大于現(xiàn)有的電容器。

6、石墨烯生物器件。由于石墨烯的可修改化學(xué)功能、大接觸面積、原子尺吋厚度、分子閘極結(jié)構(gòu)等等特色，應(yīng)用于細(xì)菌偵測(cè)與診斷器件，石墨烯是個(gè)很優(yōu)良的選擇。

科學(xué)家希望能夠發(fā)展出一種快速與便宜的快速電子DNA定序科技。它們認(rèn)為石墨烯是一種具有這潛能的材料?；径裕麄兿胍檬┲瞥梢粋€(gè)尺寸大約為DNA寬度的納米洞，讓DNA分子游過(guò)這納米洞。由于DNA的四個(gè)堿基（A、C、G、T）會(huì)對(duì)于石墨烯的電導(dǎo)率有不同的影響，只要測(cè)量DNA分子通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的微小電壓差異，就可以知道到底是哪一個(gè)堿基正在游過(guò)納米洞。這樣，就可以達(dá)成目的。

7、作為導(dǎo)熱材料或者熱界面材料。2011年,美國(guó)佐治亞理工學(xué)院(GeorgiaInstituteofTechnology)學(xué)者首先報(bào)道了垂直排列官能化多層石墨烯三維立體結(jié)構(gòu)在熱界面材料中的應(yīng)用及其超高等效熱導(dǎo)率和超低界面熱阻。

8、單分子氣體偵測(cè)。石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)使它在傳感器領(lǐng)域具有光明的應(yīng)用前景。巨大的表面積使它對(duì)周圍的環(huán)境非常敏感。即使是一個(gè)氣體分子吸附或釋放都可以檢測(cè)到。這類檢測(cè)可以分為直接檢測(cè)和間接檢測(cè)。通過(guò)穿透式電子顯微鏡可以直接觀測(cè)到單原子的吸附和釋放過(guò)程。通過(guò)測(cè)量霍爾效應(yīng)方法可以間接檢測(cè)單原子的吸附和釋放過(guò)程。當(dāng)一個(gè)氣體分子被吸附于石墨烯表面時(shí)，吸附位置會(huì)發(fā)生電阻的局域變化。當(dāng)然，這種效應(yīng)也會(huì)發(fā)生于別種物質(zhì)，但石墨烯具有高電導(dǎo)率和低噪聲的優(yōu)良品質(zhì)，能夠偵測(cè)這微小的電阻變化。