“工業(yè)味精”石墨烯

前面已經(jīng)向大家介紹過(guò)石墨烯的基礎(chǔ)原理，今天就同大家介紹石墨烯的應(yīng)用基礎(chǔ)研究：

傳感器

石墨烯可以做成化學(xué)傳感器，這個(gè)過(guò)程主要是通過(guò)石墨烯的表面吸附性能來(lái)完成的，根據(jù)部分學(xué)者的研究可知，石墨烯化學(xué)探測(cè)器的靈敏度可以與單分子檢測(cè)的極限相比擬。石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)使它對(duì)周圍的環(huán)境非常敏感。石墨烯是電化學(xué)生物傳感器的理想材料，石墨烯制成的傳感器在醫(yī)學(xué)上檢測(cè)多巴胺、葡萄糖等具有良好的靈敏性。

晶體管

石墨烯可以用來(lái)制作晶體管，由于石墨烯結(jié)構(gòu)的高度穩(wěn)定性，這種晶體管在接近單個(gè)原子的尺度上依然能穩(wěn)定地工作。相比之下，目前以硅為材料的晶體管在10納米左右的尺度上就會(huì)失去穩(wěn)定性；石墨烯中電子對(duì)外場(chǎng)的反應(yīng)速度超快這一特點(diǎn)，又使得由它制成的晶體管可以達(dá)到極高的工作頻率。

柔性顯示屏

消費(fèi)電子展上可彎曲屏幕備受矚目，成為未來(lái)移動(dòng)設(shè)備顯示屏的發(fā)展趨勢(shì)。柔性顯示未來(lái)市場(chǎng)廣闊，作為基礎(chǔ)材料的石墨烯前景也被看好。韓國(guó)研究人員首次制造出了由多層石墨烯和玻璃纖維聚酯片基底組成的柔性透明顯示屏。韓國(guó)三星公司和成均館大學(xué)的研究人員在一個(gè)63厘米寬的柔性透明玻璃纖維聚酯板上，制造出了一塊電視機(jī)大小的純石墨烯。他們表示，這是迄今為止“塊頭”最大的石墨烯塊。隨后，他們用該石墨烯塊制造出了一塊柔性觸摸屏。研究人員表示，從理論上來(lái)講，人們可以卷起智能手機(jī)，然后像鉛筆一樣將其別在耳后。

新能源電池

新能源電池也是石墨烯很早商用的一大重要領(lǐng)域。美國(guó)麻省理工學(xué)院已成功研制出表面附有石墨烯納米涂層的柔性光伏電池板，可極大降低制造透明可變形太陽(yáng)能電池的成本，這種電池有可能在夜視鏡、相機(jī)等小型數(shù)碼設(shè)備中應(yīng)用。另外，石墨烯超級(jí)電池的成功研發(fā)，也解決了新能源汽車電池的容量不足以及充電時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，極大加速了新能源電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這一系列的研究成果為石墨烯在新能源電池行業(yè)的應(yīng)用鋪就了道路。

海水淡化

石墨烯過(guò)濾器比其他海水淡化技術(shù)要使用的多。水環(huán)境中的氧化石墨烯薄膜與水親密接觸后，可形成約0.9納米寬的通道，小于這一尺寸的離子或分子可以快速通過(guò)。通過(guò)機(jī)械手段進(jìn)一步壓縮石墨烯薄膜中的毛細(xì)通道尺寸，控制孔徑大小，能高效過(guò)濾海水中的鹽份。

航空航天

由于高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、超輕薄等特性，石墨烯在航天軍工領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也是極為突出的。2014年，美國(guó)NASA開(kāi)發(fā)出應(yīng)用于航天領(lǐng)域的石墨烯傳感器，就能很好的對(duì)地球高空大氣層的微量元素、航天器上的結(jié)構(gòu)性缺陷等進(jìn)行檢測(cè)。而石墨烯在超輕型飛機(jī)材料等潛在應(yīng)用上也將發(fā)揮更重要的作用。

感光元件

以石墨烯作為感光元件材質(zhì)的新型感光元件，可望透過(guò)特殊結(jié)構(gòu)，讓感光能力比現(xiàn)有CMOS或CCD提高上千倍，而且損耗的能源也僅需原本10%?？蓱?yīng)用在監(jiān)視器與衛(wèi)星成像領(lǐng)域中，可以應(yīng)用于照相機(jī)、智能手機(jī)等。

復(fù)合材料

石墨烯纖維應(yīng)用的復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)、電氣、熱、抗輻射、抗菌等功能性能，在石墨烯纖維素功能性復(fù)合纖維及相應(yīng)的紡織產(chǎn)品超導(dǎo)導(dǎo)熱服裝材料、抗菌醫(yī)用材料、生物醫(yī)用紡織品、阻燃材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。石墨烯和各種纖維組成的智能多功能石墨烯暖纖維，已成為一種具有國(guó)際先進(jìn)水平的低溫遠(yuǎn)紅外纖維，集抗菌、抑菌、防紫外線、防靜電等功能于一體，又被稱為“劃時(shí)代的革命纖維”；目前，石墨烯已應(yīng)用在內(nèi)衣、襪子等紡織品。

生物

石墨烯被用來(lái)加速人類骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化，同時(shí)也被用來(lái)制造碳化硅上外延石墨烯的生物傳感器。同時(shí)石墨烯可以作為一個(gè)神經(jīng)接口電極，而不會(huì)改變或破壞性能，如信號(hào)強(qiáng)度或疤痕組織的形成。由于具有柔韌性、生物相容性和導(dǎo)電性等特性，石墨烯電極在體內(nèi)比鎢或硅電極穩(wěn)定。石墨烯氧化物對(duì)于抑制大腸桿菌的生長(zhǎng)十分有效，而且不會(huì)傷害到人體細(xì)胞。

混凝土

石墨烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予其重要的物理特性，包括高效的電熱傳導(dǎo)和不尋常的強(qiáng)度。自羅馬人以來(lái)，混凝土就一直被用作建筑材料?？茖W(xué)研究表明，“超級(jí)材料”石墨烯讓這種最古老的建筑材料更堅(jiān)固、更防水、更環(huán)保。為了制造出這種混凝土，英國(guó)?？巳卮髮W(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種技術(shù)，將石墨烯片懸浮在水中，然后將水與傳統(tǒng)混凝土成分混合。據(jù)報(bào)道該工藝價(jià)格低廉，并且符合現(xiàn)代大規(guī)模生產(chǎn)要求。經(jīng)測(cè)試，加入石墨烯的混凝土與普通混凝土相比，抗壓強(qiáng)度提高了146％，抗彎拉強(qiáng)度提高了79.5％，滲水率降低了近400％。這種新型混凝土可以直接在建筑工地上使用，使堅(jiān)固耐用的建筑能夠使用較少的混凝土和減少溫室氣體排放。使用石墨烯意味著能夠?qū)⒂糜谥圃旎炷恋牟牧系臄?shù)量減少一半。

防腐涂料

石墨烯改性防腐涂料，由于納米級(jí)的石墨烯的片層結(jié)構(gòu)層層疊加、交錯(cuò)排列，在涂層中可形成“迷宮式”屏蔽結(jié)構(gòu)，形成一道屏蔽阻隔。便能夠有效抑制腐蝕介質(zhì)的浸潤(rùn)、滲透和擴(kuò)散，提高涂層的物理阻隔性。同時(shí)，還可延長(zhǎng)腐蝕介質(zhì)的滲透擴(kuò)散路徑；從而提供涂層的抗?jié)B透性和使用壽命。目前的傳統(tǒng)防腐涂料中，絕大多數(shù)底漆以鋅粉作為添加劑。然而，隨著腐蝕時(shí)間的加長(zhǎng)，涂層中的鋅粉由于被氧化致使導(dǎo)電性下降，便有可能阻斷電子傳輸路徑，失去陰極保護(hù)的情況下，讓涂料失去防腐性能。將石墨烯添加進(jìn)鋅粉底漆中，石墨烯的導(dǎo)電性能極佳，便會(huì)與鋅粉形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，即讓石墨烯來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電搭橋，從而實(shí)現(xiàn)低鋅條件下仍然具有防腐功能。

塑料

石墨烯是一種由碳原子單層緊密構(gòu)成的二維晶體材料，是目前發(fā)現(xiàn)的最薄材料，其厚度約為0.335 nm，具有極大的理論比表面積、優(yōu)異的透光性、高的拉伸彈性模量、極高的強(qiáng)度、極高的熱導(dǎo)率、優(yōu)異的電導(dǎo)率等。將石墨烯用于塑料改性，作用為四大類，抗靜電、導(dǎo)熱、增強(qiáng)和氣體阻隔。