石墨烯的應用

1、隨著量產化、大尺寸化問題的逐步突破，石墨烯的產業化應用步伐正在加快。根據現有的研究成果，最先商業化的應用可能是移動設備、航空航天和新能源。電池領域。基礎研究 石墨烯對於物理學基礎研究具有特殊意義。它使一些以前只能在理論上證明的量子效應可以通過實驗來驗證。

2. 在二維石墨烯中，電子質量似乎不存在。這一性質使得石墨烯成為一種罕見的凝聚態物質，可以用來研究相對論量子力學——因為無質量粒子必須以光速運動，因此必須用相對論量子力學來描述，這為理論物理學家提供了一個新的研究方向：一些原本需要在巨型粒子加速器中進行的實驗，可以在小型實驗室中用石墨烯進行。零能隙半導體主要是單層石墨烯，這種電子結構會嚴重影響氣體分子在其表面的作用。與塊狀石墨相比，石墨烯氫化和氧化反應的結果表明單層石墨烯具有增強表面反應活性的功能，表明石墨烯的電子結構可以調節表面活性。

3、另外，石墨烯的電子結構可以通過氣體分子吸附的感應而相應改變，不僅改變了載流子的濃度，還可以摻雜不同的石墨烯。傳感器石墨烯可以製成化學傳感器。這個過程主要是靠石墨烯的表面吸附性能來完成的。根據一些學者的研究，石墨烯化學檢測器的靈敏度可以與單分子檢測的極限相提並論。石墨烯獨特的二維結構使其對周圍環境非常敏感。石墨烯是電化學生物傳感器的理想材料。由石墨烯製成的傳感器對檢測醫學中的多巴胺和葡萄糖具有良好的靈敏度。晶體管石墨烯可用於製造晶體管。由於石墨烯結構的高穩定性，這種類型的晶體管仍然可以在單原子尺度上穩定工作。

4、相比之下，目前的矽基晶體管在10納米左右的尺度上就會失去穩定性；石墨烯中的電子對外場超快的反應速度，使得用它製成的晶體管可以達到很高的工作頻率。例如，IBM在2010年2月宣布將石墨烯晶體管的工作頻率提高到100GHz，超過了同尺寸的矽晶體管。柔性顯示 可彎曲屏幕在消費電子展上備受矚目，成為未來移動設備顯示屏柔性顯示屏的發展趨勢。

5、柔性顯示未來市場廣闊，石墨烯作為基礎材料的前景也被看好。韓國研究人員首次製作出由多層石墨烯和玻璃纖維聚酯片狀基板組成的柔性透明顯示器。韓國三星和成均館大學的研究人員在 63 厘米寬的柔性透明玻璃纖維聚酯板上製作了一塊電視機大小的純石墨烯。他們說這是迄今為止最大的“塊狀”石墨烯塊。隨後，他們使用石墨烯塊創建了一個柔性觸摸屏。

6. 研究人員表示，理論上，人們可以將智能手機捲起來，像鉛筆一樣別在耳後。新能源電池新能源電池也是石墨烯最早商業化的重要領域。美國麻省理工學院成功研製出表面有石墨烯納米塗層的柔性光伏板，可大大降低製造透明可變形太陽能電池的成本。此類電池可用於夜視鏡、照相機和其他小型數碼相機。裝置中的應用。此外，石墨烯超級電池的研發成功，也解決了新能源汽車電池容量不足、充電時間長等問題，極大地加速了新能源電池產業的發展。

7、這一系列的研究成果為石墨烯在新能源電池產業的應用鋪平了道路。海水淡化石墨烯過濾器比其他海水淡化技術使用更多。水環境中的氧化石墨烯薄膜與水緊密接觸後，可以形成一條寬度約為0.9納米的通道，小於這個尺寸的離子或分子可以快速通過。通過機械手段進一步壓縮石墨烯薄膜中毛細通道的尺寸，控制孔徑大小，可以高效過濾海水中的鹽分。儲氫材料石墨烯具有重量輕、化學穩定性高、比表面積高等優點，是儲氫材料的最佳候選。由於在航空航天領域具有高導電、高強度、超輕薄等特點，石墨烯在航空航天和軍工領域的應用優勢也極為突出。

8、2014年，美國NASA研製出應用於航天領域的石墨烯傳感器，可檢測地球高空大氣中的微量元素和航天器結構缺陷。石墨烯還將在超輕型飛機材料等潛在應用中發揮更重要的作用。感光元件是以石墨烯為感光元件材料的新型感光元件。通過特殊的結構，與現有的CMOS或CCD相比，有望提高數千倍的感光能力，而能耗僅為原來的10%。可用於監視器和衛星成像領域，可用於相機、智能手機等。 複合材料 石墨烯基複合材料是石墨烯應用領域的一個重要研究方向。它們在儲能、液晶器件、電子器件、生物材料、傳感材料、催化劑載體等領域展現了優異的性能，具有廣泛的應用前景。

9. 目前，石墨烯複合材料的研究主要集中在石墨烯聚合物複合材料和石墨烯基無機納米複合材料。隨著石墨烯研究的不斷深入，石墨烯增強材料在大塊金屬基複合材料中的應用越來越受到人們的關注。由石墨烯製成的多功能高分子復合材料和高強度多孔陶瓷材料增強了複合材料的許多特殊性能。生物石墨烯用於加速人骨髓間充質乾細胞的成骨分化，也用於製作碳化矽外延石墨烯的生物傳感器。同時，石墨烯可以用作神經接口電極，而不會改變或破壞信號強度或疤痕組織形成等特性。由於其柔韌性、生物相容性和導電性，石墨烯電極在體內比鎢或矽電極穩定得多。氧化石墨烯非常有效地抑制大腸桿菌的生長而不傷害人體細胞。