近年來常常聽到以石墨烯（英文：graphene）做為原料的產品出現在市面上，舉凡棉被、衣物、家電、電子元件都可以見到石墨烯的身影，這個神奇的材料究竟是什麼？有哪些特性？為什麼突然間一躍成為近年來熱門的材料之一？本篇文章帶你用最簡單易懂的方法認識石墨烯！
石墨烯是什麼？跟石墨有關嗎？
石墨烯在 2010 年被兩位科學家 Konstantin Novoselov 和 Andre Geim 成功製造出來，兩人也因此而獲得諾貝爾獎。簡單來說，石墨烯就是薄薄的單層石墨，是由碳原子所組成的二維材料。雖然都是由碳原子所組成，但石墨烯卻擁有許多石墨沒有的物理特性，像是密度極高、導電性和導熱性極佳等等。
石墨烯的特性有哪些？
1. 硬度高：石墨烯的硬度是鋼的 100 倍，可以承受巨大的壓力且不會斷裂。
2. 薄、透光性強：石墨烯是目前被發現最纖薄且最堅硬的奈米材料，單層透光率高達 97.7%，幾乎是透明的。
3. 導電速度快：石墨烯擁有比銀更快速的導電性，同時，它也是目前所知電阻率最低的材料，根據經濟部的資料顯示，石墨烯的電阻率約 10-6 Ω·cm。
4. 導熱性極佳：石墨烯的導熱係數高達 5300 W/m·K，高於奈米碳管和金剛石，能夠迅速傳導、保持熱能。
5. 穩定性高：石墨烯材料是一種安全可靠的材料，不會產生有害物質或過熱現象。
石墨烯為什麼這麼受歡迎？哪些產業需要石墨烯？
依據 IDTechEx 資料預測，石墨烯目前主要應用在複合材料，約佔 55%；其次為能源材料的應用，約佔 20%。以下舉例 6 個石墨烯的應用種類：
石墨烯的應用 1：紡織產品
圖片來源：瑟夫貝爾 官方網站
．高導熱性用於保暖衣料：市面上經常看到主打石墨烯的保暖產品，像是被子、發熱衣、圍巾等等，石墨烯的高導熱性不同於一般衣物在冷天穿上身會先感受到一段時間的冰冷，再轉換成保暖效果，石墨烯內的碳原子會快速吸收人體的體溫能量並放射出遠紅外線，迅速發熱並均勻保暖。
圖片來源：瑟夫貝爾 官方網站
．吸濕排汗衣料帶給你全天候的舒適：除了保暖效果以外，含有石墨烯的衣料還有一個特點就是吸濕排汗。以內著衣物來說，可以讓你一整天保持乾爽，並根據體溫調節，不僅能在夏天保持涼爽，也能在冬天保持溫暖。
石墨烯的應用 2：電子產品
石墨烯的高散熱係數能有效解決電器過熱的問題，另外，它的高透明性和強度也非常適合用來製造觸控螢幕。不過，由於石墨烯又薄導電速度又快，所以它最知名的應用其實是取代矽做為半導體電晶體的可能性。
石墨烯的應用 3：能源產品
石墨烯是現有材料中最好的導體之一，非常適合作為電極材料，如在燃料電池和超級電容器中使用。另外，石墨烯對光的吸收和反射特性優異，能夠有效地吸收太陽能並轉換為電能，這使得它成為太陽能電池和光催化劑的理想材料。
石墨烯的應用 4：生物醫學
因為石墨烯是一種超薄的碳原子片，具有極高的強度和導電性，使得它成為生物分析、成像、藥物傳遞等方面的理想材料。另外，石墨烯的穩定性和低毒性也使其能夠在生物醫學領域中發揮作用。
石墨烯的應用 5：化學產品
石墨烯可以作為催化劑的載體，用於有機合成和水處理；同時，石墨烯也是一種理想的吸附劑，可應用於氣體分離和污水處理；還可以作為薄膜材料、電極材料等，在化學產品中有著廣泛的應用前景。
石墨烯的應用 6：材料強化
如上述所提，石墨烯的硬度非常高，諾貝爾委員會的網站上描述石墨烯說：「一張一平方米的石墨烯吊床肉眼是幾乎看不見的，但卻能承受一隻4公斤重的貓。」這樣的特性讓石墨烯能應用在航空部件、車輛零部件、體育用品、建築原料等材料上。
石墨烯可說是一種革命性的材料！
石墨烯的廣泛應用展示了其在不同領域的潛力與革命性影響，從保暖衣料到電子產品，再到生物醫學領域，石墨烯的優異特性使其成為當今科技發展的焦點之一。這種材料的發現與應用彷彿開啟了一扇全新的大門，讓我們可以更深入地探索科技的無限可能性。
參考資料
- 產業技術評析 石墨烯材料技術發展與應用
- Graphene: A Comprehensive Review
- Feasibility of graphene in biomedical applications
- Graphene – All You Need to Know
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