何/文(原国家863高技术项目总工程师)
首先，石墨
石墨是一种矿物，在中国分布不广。常见于大理岩、片岩或片麻岩的夹层中，由有机成因的碳变质作用形成。
上世纪90年代，我在清华大学PTC电敏材料与工程研究所时，对这种材料的电阻效应、抗磁性、热敏性、高温等方面进行了研究和测试。当时主要方向是实用化的研究。例如耐高温和石墨粘合。
在我国，大部分石墨基本上是煤层热改造后形成的，少量石墨是火成岩的原生矿物，难以开采，在硬岩中，这里一点，那里一点。
石墨在陨石中也很常见，一般呈块状。形成具有一定取向关系的立方体形状的多晶集合体称为方石英。
石墨质软，深灰色，油腻，会污染纸张。硬度为1 ~ 2，在垂直方向上随着杂质的增加，硬度可以增加到3 ~ 5。
比重为1.9-2.3。比表面积集中在1-20m2/g，在隔氧条件下熔点在3000℃以上，是最耐高温的矿物之一。
它能导电和导热。迄今为止，自然界中还没有发现相对纯净的石墨原料，大部分石墨中含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等杂质。这些杂质通常以矿物的形式出现，如应时、黄铁矿和碳酸盐。
此外，还有水、沥青、CO2、H2、CH4、N2等气体。因此，在分析石墨时，除了测定固定碳含量外，还必须同时测定挥发分和灰分的含量。
石墨、碳60、碳纳米管、石墨烯等。是碳元素的简单物质，它们是同素异形体。
目前，石墨在我国的用途主要是制造铅笔芯、高温坩埚、润滑剂、电极、模具表面涂层、原子反应堆中子慢化剂，以及作为人造金刚石的原料。
第二，石墨烯
石墨烯是一个最近才火起来的名字。石墨烯的化学分子式是二维碳纳米材料，由具有SP杂化轨道的碳原子组成的六方蜂窝状晶格。
石墨烯具有优异的光学、电学和力学性能，在材料科学、微纳加工、能源、生物医学和药物输送等领域具有重要的应用前景。它被认为是未来的革命性材料。
事实上，这种石墨烯原本就存在于自然界中，只是很难剥离单层结构。
石墨烯一层一层的就是石墨。厚度为1mm的石墨中含有约300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻一刷，留下的痕迹可能是几层甚至几十层石墨烯。(可用于电子显微镜下观察)
2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫发现，他们可以通过一种非常简单的方法使石墨薄片越来越薄。他们将石墨片从高定向热解石墨上剥离，然后将片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，石墨片就可以一分为二了。
一直这样下去，床单越来越薄。最后，他们得到一个只由一层碳原子组成的薄片，这就是石墨烯。
他们一起获得了2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯粉末生产的常用方法有机械剥离法、氧化还原法和SiC外延生长法，薄膜生产方法有化学气相沉积法(CVD)。
此后，制备石墨烯的新方法层出不穷。
2009年，安德烈·盖姆(Andre Gaim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novosholov)分别在单层和双层石墨烯体系中发现了整数量子霍尔效应和室温下的量子霍尔效应，他们获得了2010年诺贝尔物理学奖。
在石墨烯发现之前，大多数物理学家认为热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。因此，它的发现立即震惊了凝聚态物理学界。
虽然理论界和实验界都认为完美的二维结构不可能在非绝对零度下稳定存在，但实验中可以制备单层石墨烯。
2018年3月31日，中国首条石墨烯有机太阳能光电器件全自动生产线在山东菏泽开工。该项目主要生产了能在弱光下发电的石墨烯有机太阳能电池(以下简称石墨烯OPV)，解决了太阳能发电的三大难题:应用局限、角度敏感、建模困难。
2018年6月27日，中国石墨烯产业技术创新战略联盟发布了新制定的团体标准《含石墨烯材料产品命名指南》。本标准规定了石墨烯材料相关新产品的命名方法。
石墨烯中碳原子的排列如同石墨单原子层，具有以下特点:碳原子有四个价电子，其中三个电子形成sp2键，即每个碳原子贡献一个位于pz轨道的未键电子，相邻原子的pz轨道与平面垂直，可以形成π键，新形成的π键处于半填充状态。证实石墨烯中碳原子的配位数为3，每两个相邻碳原子间的键长为1.42× 10-10m，键间夹角为120°。除了σ键与其他碳原子连接形成六角环的蜂窝状层状结构外，每个碳原子垂直于层平面的pz轨道可以形成多原子大π键(类似苯环)贯穿整个层，因此具有优异的导电性和光学性质。
目前，石墨烯在我国的主要应用
1.石墨烯传感器
石墨烯可以作为化学传感器，这个过程主要是通过石墨烯的表面吸附性质来完成的。根据一些学者的研究，石墨烯化学检测器的灵敏度可以与单分子检测的极限相媲美。石墨烯独特的二维结构使其对周围环境非常敏感。石墨烯是电化学生物传感器的理想材料。由石墨烯制成的传感器在多巴胺、葡萄糖等的医学检测中具有良好的灵敏度。此外，石墨烯传感器用于真空探测等。
2.石墨烯晶体管
石墨烯可以用来制造晶体管。由于石墨烯结构的高稳定性，这类晶体管仍然可以在接近单个原子的尺度上稳定工作。相比之下，目前用硅制作的晶体管，在10纳米左右的尺度上就会失去稳定性；石墨烯对外场的超快的反应速度，使得石墨烯制成的晶体管达到了极高的工作频率。例如，2010年2月，IBM宣布将石墨烯晶体管的工作频率提高到100GHz，超过同等尺寸的硅晶体管。
3.石墨烯用于航天空。
由于石墨烯具有高导电、高强度、超薄、轻质等特点，在航空航天军工领域的应用优势也极为突出。2014年，美国NASA开发出用于航天领域的石墨烯传感器，可以探测地球高层空大气中的微量元素和航天器上的结构缺陷。石墨烯还将在超轻型飞机材料等潜在应用中发挥更重要的作用。
2021年10月31日，“2021中国福建(永安)石墨烯创新创业大赛暨项目成果对接会”闭幕。会上，工业和信息化部CCID研究院发布了《中国石墨烯产业发展竞争力指数(2021)》。从目前的情况来看，中国是石墨烯产业最大的国家，在研究领域也走在世界前列。但主要用于实际方面，基础研究不足。我相信我国政府会在这些方面做出切实可行的政策指导。
