人造钻石
中国技术打破“爱情神话”
人造钻石并非近几年才出现的新技术，早在年，瑞典电气公司就率先合成出了40颗小粒钻石，但没有对外公布。当时，世界上许多国家都在研究人造钻石技术。因为钻石除了是夺目的珠宝外，还是自然界中天然存在的最坚硬的物质。在打磨之前的钻石，别名金刚石，是重要的工业材料，在矿产、航天、原子能、计算机等领域都有广泛应用。
而如今，经过多年的艰苦奋斗，郑州磨料磨具磨削研究所（简称三磨所）攻克技术难关，制造出中国第一颗人造金刚石。2年后，三磨所又研发出我国第一台制金刚石的设备——六面顶压机。改革开放后，一部分工人、技术人员从三磨所离职，将相关技术经验带到了河南各地，并在后续发展中实现了宝石级人造钻石技术的突破。据统计，中国人造金刚石产量最高时占世界总产量的80%以上，连续10多年高居第一。
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回到基础原子
可以变成钻石也可以变成石墨
碳原子有很多选择，最简单的就是把四个电子跟另一个碳原子分享，形成四个化学键。这可以化解四个电子的活性，每个电子都有来自另一个碳原子的电子与之配对，形成非常稳固的晶体结构，也就是钻石。然而，钻石并不久远，至少在地表上无法达到永恒。它的同胞兄弟石墨其实更稳定，钻石最终都会变成石墨，虽然得花上几十亿年才会看见钻石的改变，但对拥有钻石的人来说，这或许仍然是令人难过的消息。
石墨的构造跟钻石完全不同，石墨是碳原子以六角形联结成的层状结晶，构造非常稳定坚固，碳原子间的键结强度也高过钻石。考虑到石墨通常被当成润滑剂或铅笔的笔芯，它的碳原子键结强过钻石~
石墨层内部的每一个碳原子，都跟另外三个碳原子共享四个电子，而钻石内的碳原子则和四个碳原子共享电子。这使得石墨层的电子结构跟钻石不同，虽然化学键更强，但缺点就是层与层之间缺乏多余的电子形成稳固的联结，只能靠材料世界的万用胶支撑，它是分子电场变动产生的弱吸引力，称为“范德华力”。石墨笔芯，就会发现它是深灰色的，并带有金属光泽，难怪几千年来一直被人误认，称它为“笔铅”或“黑铅”，而“铅”笔也是因此得名。由于石墨不断出现新用途，例如非常适合铸造炮弹和枪弹，使得石墨矿也越来越值钱。
不仅仅是用途层面，钻石也并非世上最硬的物质。年，人类发现碳原子还有第三种排列方式，能形成比钻石还坚硬的物质。这个物质名叫六方晶系陨石钻石，结构以石墨的六角形平面为基础，只是改为立体构造，据称硬度比钻石高出58%。没有人用六方晶系陨石钻石做成婚戒，但发现碳的第三种排列方式还是不免引来好奇，除了钻石的立方体结构，煤炭、黑玉、木炭和石墨的六角形结构及六方晶系陨石钻石的三维六角形结构之外，会不会还有其他的排列方式存在？
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在航空工业，第四种排列方式很快就有人合成出来了。他们为这个材质命名为碳纤维，方法是把石墨纺成细丝。细丝织成布料再纵向卷起，就会有极高的强度和硬度，于是一种全新的材质就此诞生，那就是碳纤维复合材料。
碳家族“新贵”登场
新材料石墨烯
碳原子几乎一夜之间成了材料科学最热门的研究对象：六角形平面状的石墨层太容易彼此松动，使得石墨非常脆弱。但要是只有一层石墨层呢？而这种新材料就是石墨烯：石墨烯是世界上最纤薄、最强韧和最坚硬的物质，导热速度比目前已知的所有材料都快，也比其他物质更能载电，导电更快、电阻更小。此外，石墨烯还允许克莱因隧穿效应。克莱因隧穿效应是一种奇异量子效应，物质内的电子可以自由通过（隧穿）势垒，仿佛障碍完全不存在。这表示石墨烯很有潜力成为迷你发电厂，取代硅芯片成为所有数字运算和通信的核心。
1.石墨烯的分类
石墨烯的分类方式有两种，一种是按照层数的多少，可以分为单层、双层、少层以及多层四大类产品；另一种按照产品形态可以分为粉体、浆料、薄膜三大类产品。石墨烯粉体和石墨烯薄膜是目前石墨烯材料的两种主要形式，前者多掺杂在其他材料中使用，多应用于涂料和锂离子电池领域；石墨烯薄膜则因透明、导电、柔性好等优点，在电子、光子及光电设备领域的应用十分广泛。不同的石墨烯产品由于制备方法不一，原材料也存在一定区别。石墨烯粉体主要以物理或化学法制成，主要原材料为天然石墨。石墨烯薄膜主要采用化学气相沉积，其原材料主要是甲烷、乙醇等产品。
2.石墨烯的制备与合成
石墨烯的制备方法主要可以分为“自上而下”和“自下而上”两类方法。“自上而下”法是以石墨为原料，通过剥离的方法来制备石墨烯层，如：机械剥离法，氧化还原法，液相剥离法等；“自下而上”法是通过碳原子重排来合成石墨烯，如：化学气相沉积法，外延生长法，有机合成法等。目前比较主流的石墨烯制备方法有氧化还原法、化学气相沉积法。不同制备方法获得的石墨烯在品质和成本上差别较大，相应产品的适用领域也有差异。
3.石墨烯的应用
石墨烯的应用分为三种，第一种属于初级应用，领域主要是消费电子类产品；第二种属于中高级应用，领域主要是超高频率发射器等器件产品；第三种属于高级应用，领域主要是芯片等。目前已知的应用领域包括电子器件、能源、环保以及金属制品的电磁防护、防腐涂料、油墨等。石墨烯由于其优异性能，堪比是材料领域的互联网，与不同材料、技术结合起来，能够形成具备特殊性能、满足特定场景的新型材料，如图“互联网+”的发展趋势，“石墨烯+”也有望成为未来材料发展的一大趋势。
在环保领域，主要是利用石墨烯巨大的比表面积、良好的吸附性能、优良的电子传输等性能，作为吸附剂不仅可以很好的吸附水中的有机溶剂、重金属等污染物，还可以起到过滤作用，污水处理、空气净化、海水漏油处理、海水淡化和水净化等领域均有应用。
4.石墨烯的未来应用之路
目前石墨烯在众多应用领域都已有相关产品问世，将来还将会为复合材料、纺织领域、电子信息、节能环保、生物医药、化工、航空航天等很多领域都带来巨大的推进与改变。
石墨烯在能源领域的应用
—太阳能电池
石墨烯在太阳能电池领域的应用具有重要价值。由于石墨烯具有高度导电性和光电转换效率，可以显著提高太阳能电池的性能。通过将石墨烯与其他半导体材料相结合，可以制造出高效、低成本的太阳能电池。此外，石墨烯薄膜还可以作为透明导电层，降低光损耗，提高太阳能电池的整体性能。
—超级电容器
石墨烯具有高比表面积、高导电性以及良好的力学性能，使其成为制备超级电容器的理想材料。石墨烯超级电容器可以在短时间内存储与释放大量能量，具有高能量密度和高功率密度，是未来电动汽车和可穿戴电子设备的关键组件。
—氢气存储
氢气作为一种清洁能源，具有无污染、高能量密度等优点。然而，氢气的低储存密度限制了其在能源领域的应用。石墨烯由于具有高比表面积和优异的吸附性能，可以作为一种理想的氢气储存材料。研究表明，石墨烯可以在室温下实现高效、稳定的氢气吸附，为氢能源的普及和应用提供了可能性。
—电池技术
锂离子电池是目前最常见的能源存储设备。然而，锂离子电池存在很多问题，如充放电速度慢、循环寿命短、安全隐患等。石墨烯在锂离子电池方面的应用可以解决这些问题。石墨烯可以作为电极材料，提高电池的能量密度、功率密度和循环寿命。此外，石墨烯还可以提高电池的热稳定性，降低发热和爆炸的风险。
—热管理材料
石墨烯具有极高的导热性能，可以作为高性能热管理材料用于各类能源设备。例如，石墨烯可以应用于太阳能电池、电动汽车、电子设备等领域，提高设备的热稳定性和使用寿命。同时，石墨烯热管理材料还可以降低设备的能耗，提高能源利用效率。
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石墨烯在能源领域的应用前景广阔，但仍面临一些挑战。首先，石墨烯的大规模生产仍面临技术难题，需要进一步降低成本、提高产量。其次，石墨烯在实际应用中的稳定性、可靠性和安全性仍有待研究和验证。此外，石墨烯的产业化进程需要跨学科、跨领域的协同创新和政策支持。而石墨烯作为一种具有突破性的新材料，在能源领域具有广泛的应用前景。随着石墨烯生产技术的不断进步和成本降低，石墨烯有望在未来能源领域发挥更加重要的作用，引领新一轮的能源革命。我们期待石墨烯在能源领域的研究和应用能为人类构建可持续、高效、绿色的能源体系提供强大支持，推动全球能源转型和减排目标的实现。
石墨烯材料
用手套箱进行安全研发
1、生物相容性：羧基离子的植入可使石墨烯材料表面具有活性功能团，从而大幅度提高材料的细胞和生物反应活性。石墨烯呈薄纱状与碳纳米管的管状相比，更适合于生物材料方面的研究。并且石墨烯的边缘与碳纳米管相比，更长，更易于被掺杂以及化学改性，更易于接受功能团。
2、氧化性：可与活泼金属反应。
3、还原性：可在空气中或是被氧化性酸氧化，通过该方法可以将石墨烯裁成小碎片。石墨烯氧化物是通过石墨氧化得到的层状材料，经加热或在水中超声剥离过程很容易形成分离的石墨烯氧化物片层结构。
然而石墨烯的结构相对稳定碳碳键（carbon-carbonbond）仅为1.42但鉴于其化学性依然需要一个安全的实验环境：石墨烯手套箱
Lab手套箱是一套高性能、高品质的自动吸收水、氧分子，纯化工作环境的密闭循环工作系统，提供可以满足您特定清洁要求应用的1ppm的O?和H?O惰性的氛围环境。该系统是为石墨烯研究开发而设计的经济型循环净化系统：包括一台密闭箱体、一套过渡舱，一台旋片式真空泵和一套集成有微控制器操作面板的循环净化系统。标准的Lab系统配备的惰性气体净化系统安装一套净化柱（全自动可再生）净化、维护手套箱箱体内的气体环境。
石墨烯材料生产保护
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