石墨烯的应用

1、随着量产化、大尺寸化问题的逐步突破，石墨烯的产业化应用步伐正在加快。根据现有的研究成果，最先商业化的应用可能是移动设备、航空航天和新能源。电池领域。基础研究 石墨烯对于物理学基础研究具有特殊意义。它使一些以前只能在理论上证明的量子效应可以通过实验来验证。

2. 在二维石墨烯中，电子质量似乎不存在。这一性质使得石墨烯成为一种罕见的凝聚态物质，可以用来研究相对论量子力学——因为无质量粒子必须以光速运动，因此必须用相对论量子力学来描述，这为理论物理学家提供了一个新的研究方向：一些原本需要在巨型粒子加速器中进行的实验，可以在小型实验室中用石墨烯进行。零能隙半导体主要是单层石墨烯，这种电子结构会严重影响气体分子在其表面的作用。与块状石墨相比，石墨烯氢化和氧化反应的结果表明单层石墨烯具有增强表面反应活性的功能，表明石墨烯的电子结构可以调节表面活性。

3、另外，石墨烯的电子结构可以通过气体分子吸附的感应而相应改变，不仅改变了载流子的浓度，还可以掺杂不同的石墨烯。传感器石墨烯可以制成化学传感器。这个过程主要是靠石墨烯的表面吸附性能来完成的。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提并论。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对检测医学中的多巴胺和葡萄糖具有良好的灵敏度。晶体管石墨烯可用于制造晶体管。由于石墨烯结构的高稳定性，这类晶体管在单原子尺度上依然可以稳定工作。

4、相比之下，目前的硅基晶体管在10纳米左右的尺度上就会失去稳定性；石墨烯中的电子对外场超快的反应速度，使得用它制成的晶体管可以达到很高的工作频率。例如，IBM在2010年2月宣布将石墨烯晶体管的工作频率提高到100GHz，超过了同尺寸的硅晶体管。柔性显示 可弯曲屏幕在消费电子展上备受瞩目，成为未来移动设备显示屏柔性显示屏的发展趋势。

5、柔性显示未来市场广阔，石墨烯作为基础材料的前景也被看好。韩国研究人员首次制作出由多层石墨烯和玻璃纤维聚酯片状基板组成的柔性透明显示器。韩国三星和成均馆大学的研究人员在 63 厘米宽的柔性透明玻璃纤维聚酯板上制作了一块电视机大小的纯石墨烯。他们说这是迄今为止最大的“块状”石墨烯块。随后，他们使用石墨烯块创建了一个柔性触摸屏。

6. 研究人员表示，理论上，人们可以将智能手机卷起来，像铅笔一样别在耳后。新能源电池新能源电池也是石墨烯最早商业化的重要领域。美国麻省理工学院成功研制出表面有石墨烯纳米涂层的柔性光伏板，可大大降低制造透明可变形太阳能电池的成本。此类电池可用于夜视镜、照相机和其他小型数码相机。装置中的应用。此外，石墨烯超级电池的研发成功，也解决了新能源汽车电池容量不足、充电时间长等问题，极大地加速了新能源电池产业的发展。

7、这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池产业的应用铺平了道路。海水淡化石墨烯过滤器比其他海水淡化技术使用得更多。水环境中的氧化石墨烯薄膜与水紧密接触后，可以形成一条宽度约为0.9纳米的通道，小于这个尺寸的离子或分子可以快速通过。通过机械手段进一步压缩石墨烯薄膜中毛细通道的尺寸，控制孔径大小，可以高效过滤海水中的盐分。储氢材料石墨烯具有重量轻、化学稳定性高、比表面积高等优点，是储氢材料的最佳候选。由于在航空航天领域具有高导电、高强度、超轻薄等特点，石墨烯在航空航天和军工领域的应用优势也极为突出。

8、2014年，美国NASA研制出应用于航天领域的石墨烯传感器，可检测地球高空大气中的微量元素和航天器结构缺陷。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。感光元件是以石墨烯为感光元件材料的新型感光元件。通过特殊的结构，与现有的CMOS或CCD相比，有望提高数千倍的感光能力，而能耗仅为原来的10%。可用于监视器和卫星成像领域，可用于相机、智能手机等。 复合材料 石墨烯基复合材料是石墨烯应用领域的一个重要研究方向。它们在储能、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料、催化剂载体等领域展现了优异的性能，具有广泛的应用前景。

9. 目前，石墨烯复合材料的研究主要集中在石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料。随着石墨烯研究的不断深入，石墨烯增强材料在大块金属基复合材料中的应用越来越受到人们的关注。由石墨烯制成的多功能高分子复合材料和高强度多孔陶瓷材料增强了复合材料的许多特殊性能。生物石墨烯用于加速人骨髓间充质干细胞的成骨分化，也用于制作碳化硅外延石墨烯的生物传感器。同时，石墨烯可以用作神经接口电极，而不会改变或破坏信号强度或疤痕组织形成等特性。由于其柔韧性、生物相容性和导电性，石墨烯电极在体内比钨或硅电极稳定得多。氧化石墨烯非常有效地抑制大肠杆菌的生长而不伤害人体细胞。