“樣如金蹙小能輕，微潤(rùn)將融紫玉英。石墨一研為鳳尾，寒泉半勺是龍睛。”這是唐代詩(shī)人皮日休對(duì)石墨的描述。石墨在我國(guó)有著悠久的應(yīng)用歷史。我國(guó)迄今所見(jiàn)較早的墨，是1975年在湖北云夢(mèng)秦墓出土的墨塊。

據(jù)李孝美在《墨譜》中記載，較早的墨是用漆和石粉所做。陶宗僅在《輟耕錄》卷二十九中說(shuō)，中古時(shí)期出現(xiàn)了用石頭磨墨。古人對(duì)利用石墨，開(kāi)創(chuàng)了文明的新篇章。未來(lái)，它仍將是改變世界的秘密武器。

自然界中的碳和石墨

石墨是自然界中天然存在的較軟的礦物之一，但它和較硬的金剛石有著相同的化學(xué)組成——碳元素。它們都是由地質(zhì)作用形成的天然產(chǎn)物，只是內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致了他們的物理性質(zhì)完全不同。隨著科技的發(fā)展，石墨用途愈加廣泛，也充分展示了現(xiàn)代科技的力量。

石墨在許多工業(yè)和技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域都能大顯神通。由于耐高低溫和導(dǎo)電性，石墨可用于耐火材料、顏料等原料。隨著對(duì)石墨抗腐蝕、抗輻射、自潤(rùn)滑等性質(zhì)認(rèn)識(shí)的深入，其應(yīng)用領(lǐng)域也愈加廣泛，出現(xiàn)了高純石墨、核工業(yè)用石墨、石墨纖維、浸硅石墨等。

世界生產(chǎn)天然石墨的國(guó)家有20多個(gè)，主要是中國(guó)、印度、墨西哥、馬達(dá)加斯加和巴西。我國(guó)石墨資源豐富，總保有量多年居世界之首。主要分布于黑龍江、內(nèi)蒙古、山西、四川、山東、湖南和新疆等地。

我國(guó)墨礦床根據(jù)成因分為區(qū)域變質(zhì)型、接觸變質(zhì)型和巖漿熱液型。

區(qū)域變質(zhì)型，區(qū)域變質(zhì)型主要與區(qū)域變質(zhì)作用密切相關(guān)，分布在古老地臺(tái)周緣的元古代地層中，以產(chǎn)出晶質(zhì)石墨為主，是較重要的石墨礦產(chǎn)類型。

接觸變質(zhì)型，接觸變質(zhì)型主要分布在濱太平洋構(gòu)造域活動(dòng)大陸邊緣活動(dòng)帶，與加里東期、燕山期巖漿活動(dòng)有關(guān)，礦體分布在巖體外接觸帶，品位高但規(guī)模較小，以產(chǎn)出隱晶質(zhì)石墨為主。

巖漿熱液型，巖漿熱液型石墨礦較少，產(chǎn)于堿性花崗巖中，新疆蘇吉泉石墨礦床較為典型，以鱗片狀結(jié)構(gòu)，含鱗片狀晶質(zhì)石墨為主。

石墨的應(yīng)用

在高端裝備制造領(lǐng)域，石墨用作原子彈反應(yīng)堆中的中子減速劑和防護(hù)材料。柔性石墨用于原子能閥門(mén)密閉；制造固體燃料火箭的噴嘴，導(dǎo)彈的鼻錐，宇宙航行設(shè)備的零件，隔熱材料和防射線材料，人造衛(wèi)星上的無(wú)線電鏈接和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)材料等。

在新能源制造領(lǐng)域，核能用高溫氣冷型燃料基體材料需用天然鱗片石墨，利用石墨良好的導(dǎo)電性制成太陽(yáng)能電池、風(fēng)力發(fā)電儲(chǔ)能用電池, 此外以天然石墨為原料，生產(chǎn)鋰離子電池、新型動(dòng)力電池、超級(jí)電容，用于混合動(dòng)力汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、太陽(yáng)能汽車(chē)等領(lǐng)域。

在信息技術(shù)領(lǐng)域，石墨鋰電池用于通信基站、筆記本電腦、手機(jī)等充電器，石墨烯超級(jí)電容為電信和數(shù)據(jù)通訊提供能量?jī)?chǔ)存，石墨烯還可制成可折疊的顯示屏，未來(lái)石墨烯用于計(jì)算機(jī)芯片，制造下一代超級(jí)計(jì)算機(jī)。

在新材料領(lǐng)域，石墨與其他元素的復(fù)合材料，應(yīng)用于海洋、化工等領(lǐng)域的石墨烯重防腐涂料，新一代石墨烯無(wú)機(jī)粉末涂料，用于不粘鍋涂料及LED燈具的石墨烯導(dǎo)熱涂料等。

“黑”科技——石墨烯

石墨烯的出現(xiàn)，在科學(xué)界激起了巨大的波瀾，吸引了世人的目光。世界各高、精、尖領(lǐng)域都出現(xiàn)石墨烯的身影。也促使天然石墨產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展日新月異，石墨也成了眾多“黑”科技的原材料。石墨烯是一種由碳原子以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。

2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，在實(shí)驗(yàn)中成功地從石墨中分離出石墨烯，從而證實(shí)石墨烯可以單獨(dú)存在，兩人也因此獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨也一躍成為當(dāng)今炙手可熱的重大戰(zhàn)略資源。

石墨烯作為目前發(fā)現(xiàn)的較?。?.142納米）、較堅(jiān)硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱較快的材料之一，被廣泛用于現(xiàn)代高科技領(lǐng)域。一支鉛筆在紙上留下的痕跡，可能都會(huì)有幾倍甚至十幾倍的石墨烯的厚度。

石墨烯以其獨(dú)特的力學(xué)和電學(xué)特性被稱為“神奇材料”，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳恒安教授團(tuán)隊(duì)與諾獎(jiǎng)得主的英國(guó)曼徹斯特大學(xué)安德烈·海姆教授課題組合作，在石墨烯功能材料研究方面取得突破性進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了氧化石墨烯薄膜具有精密快速篩選離子的性能。山西大學(xué)激光光譜研究所陳旭遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)，利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝合成了高達(dá)80微米的超高豎直石墨烯，并應(yīng)用于超級(jí)電容器中，展現(xiàn)出了優(yōu)越的電化學(xué)性能及儲(chǔ)能能力。

美國(guó)、中國(guó)、歐盟、日本、印度等國(guó)家將石墨作為“關(guān)鍵礦產(chǎn)”或“戰(zhàn)略性礦產(chǎn)”。有研究人員預(yù)計(jì)2030年中國(guó)石墨需求將會(huì)達(dá)到138.7萬(wàn)噸。石墨資源的開(kāi)發(fā)備受世界礦業(yè)界關(guān)注，石墨的深加工和有效利用日益成為國(guó)際新材料領(lǐng)域的科技*，石墨成為21世紀(jì)名副其實(shí)“黑”科技的源泉。