石墨烯是什么用途_石墨烯十大用途介紹

　　石墨烯是什么用途

　　2005年，Geim研究組［3 J與Kim研究組H 發(fā)現(xiàn)，室溫下石墨烯具有l(wèi)0倍于商用硅片的高載流子遷移率（約10 am /V·s），并且受溫度和摻雜效應(yīng)的影響很小，表現(xiàn)出室溫亞微米尺度的彈道傳輸特性（300 K下可達(dá)0．3 m），這是石墨烯作為納電子器件最突出的優(yōu)勢(shì)，使電子工程領(lǐng)域極具吸引力的室溫彈道場(chǎng)效應(yīng)管成為可能。較大的費(fèi)米速度和低接觸電阻則有助于進(jìn)一步減小器件開關(guān)時(shí)間，超高頻率的操作響應(yīng)特性是石墨烯基電子器件的另一顯著優(yōu)勢(shì)。此外，石墨烯減小到納米尺度甚至單個(gè)苯環(huán)同樣保持很好的穩(wěn)定性和電學(xué)性能，使探索單電子器件成為可能。

　　代替硅生產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)

　　科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，石墨烯還是目前已知導(dǎo)電性能最出色的材料。石墨烯的這種特性尤其適合于高頻電路。高頻電路是現(xiàn)代電子工業(yè)的領(lǐng)頭羊，一些電子設(shè)備，例如手機(jī)，由于工程師們正在設(shè)法將越來(lái)越多的信息填充在信號(hào)中，它們被要求使用越來(lái)越高的頻率，然而手機(jī)的工作頻率越高，熱量也越高，于是，高頻的提升便受到很大的限制。由于石墨烯的出現(xiàn)，高頻提升的發(fā)展前景似乎變得無(wú)限廣闊了。這使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。研究人員甚至將石墨烯看作是硅的替代品，能用來(lái)生產(chǎn)未來(lái)的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

　　光子傳感器

　　石墨烯還可以以光子傳感器的面貌出現(xiàn)在更大的市場(chǎng)上，這種傳感器是用于檢測(cè)光纖中攜帶的信息的，現(xiàn)在，這個(gè)角色還在由硅擔(dān)當(dāng)，但硅的時(shí)代似乎就要結(jié)束。去年10月，IBM的一個(gè)研究小組首次披露了他們研制的石墨烯光電探測(cè)器，接下來(lái)人們要期待的就是基于石墨烯的太陽(yáng)能電池和液晶顯示屏了。因?yàn)槭┦峭该鞯?，用它制造的電板比其他材料具有更?yōu)良的透光性。［2］

　　基因電子測(cè)序

　　由于導(dǎo)電的石墨烯的厚度小于DNA鏈中相鄰堿基之間的距離以及DNA四種堿基之間存在電子指紋，因此，石墨烯有望實(shí)現(xiàn)直接的，快速的，低成本的基因電子測(cè)序技術(shù)。［4］［5］

　　減少噪音

　　美國(guó)IBM 宣布，通過(guò)重疊2層相當(dāng)于石墨單原子層的“石墨烯（Graphene）”，試制成功了新型晶體管，同時(shí)發(fā)現(xiàn)可大幅降低納米元件特有的1/f.石墨烯，試制成功了相同的晶體管，不過(guò)與預(yù)計(jì)的相反，發(fā)現(xiàn)能夠大幅控制噪音。通過(guò)在二層石墨烯之間生成的強(qiáng)電子結(jié)合，從而控制噪音。噪聲。

　　其它應(yīng)用

　　石墨烯還可以應(yīng)用于晶體管、觸摸屏、基因測(cè)序等領(lǐng)域，同時(shí)有望幫助物理學(xué)家在量子物理學(xué)研究領(lǐng)域取得新突破。中國(guó)科研人員發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的細(xì)胞在石墨烯上無(wú)法生長(zhǎng)，而人類細(xì)胞卻不會(huì)受損。利用這一點(diǎn)石墨烯可以用來(lái)做繃帶，食品包裝甚至抗菌T恤；用石墨烯做的光電化學(xué)電池可以取代基于金屬的有機(jī)發(fā)光二極管，因石墨烯還可以取代燈具的傳統(tǒng)金屬石墨電極，使之更易于回收。這種物質(zhì)不僅可以用來(lái)開發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機(jī)材料、制造出超堅(jiān)韌的防彈衣，甚至能讓科學(xué)家夢(mèng)寐以求的2.3萬(wàn)英里長(zhǎng)太空電梯成為現(xiàn)實(shí)。

　　石墨烯的十大用途

　　盡管石墨烯輕如鴻毛，其強(qiáng)度卻是同等厚度鋼的100倍。它的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性均比銅好，并且具有優(yōu)良的光學(xué)和機(jī)械性能。如果能夠規(guī)?；a(chǎn)，石墨烯將給電子和防彈衣領(lǐng)域帶來(lái)革命性的進(jìn)步。最近，歐盟向芬蘭諾基亞公司撥款13億美元，用于石墨烯的商業(yè)化。石墨烯將給以下十個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)巨變——有些比你想象的還要快。

　　1.防銹

　　石墨烯不溶于水，可以與聚合物混合作為防銹涂層

　　石墨烯不溶于水并且具有高導(dǎo)電性，與鋼組合可以防止接觸水并減緩氧化鐵的電化學(xué)反應(yīng)。紐約州立大學(xué)布法羅分校的化學(xué)家設(shè)計(jì)了含有這種奇特碳形態(tài)的聚合物涂層，他們?cè)阡撋蠂娡客繉?，，然后將涂層浸泡入鹽水中，看看它能否保持不生銹。一個(gè)月后，化學(xué)家們驚奇地發(fā)現(xiàn)，鋼表面沒(méi)有一絲銹跡出現(xiàn)。通過(guò)使用這種涂料，可以使汽車一輩子不生銹。

　　2.揚(yáng)聲器

　　石墨烯通過(guò)傳輸電流產(chǎn)生的熱能而發(fā)聲。

　　德克薩斯大學(xué)的研究人員將一層小于一納米厚的石墨烯放在玻璃和兩種不同類型的塑料上。接下來(lái)，通過(guò)施加交流電，這些材料就可以產(chǎn)生聲音。石墨烯揚(yáng)聲器很薄，他們通過(guò)電流產(chǎn)生的熱能而發(fā)聲，而不是通過(guò)隔膜振動(dòng)，因此可以做成任何形狀。

　　3. 超級(jí)電容

　　配備石墨烯超級(jí)電容的電腦芯片有望淘汰電池。

　　電容依靠雙電層儲(chǔ)存電能，并且迅速放電；它在電子產(chǎn)品中非常常見(jiàn)，并用于為相機(jī)閃光燈提供能量。電容可以存儲(chǔ)大量的電能，使用多層碳原子的超級(jí)電容則可以存儲(chǔ)更多的電能，但是單位質(zhì)量的電容無(wú)法儲(chǔ)存過(guò)多的能量，這也是電子產(chǎn)品需要配備電池的原因。

　　石墨烯有望改變這一現(xiàn)狀。它可以通過(guò)激光蝕刻創(chuàng)造更大的表面積，使石墨烯電容可以儲(chǔ)存更多的能量，并支持更多的充放電次數(shù)。將來(lái)，石墨烯超級(jí)電容可以為電子產(chǎn)品甚至電動(dòng)汽車提供電力。

　　4. 清理放射性廢棄物

　　石墨烯的氧化物微粒同放射性污染物結(jié)合可以使核廢料清除變得安全、便宜。

　　氧化石墨烯吸附放射性廢料的能力非常強(qiáng)大，萊斯大學(xué)和羅蒙諾索夫莫斯科國(guó)立大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，石墨烯氧化物微粒可以結(jié)合放射性污染物，并且聚集成團(tuán)，非常便于后期收集。

　　5. 柔性電子線路

　　第一個(gè)石墨烯集成電路由IBM研發(fā)人員成功研制。

　　硅半導(dǎo)體芯片賦予計(jì)算機(jī)智能。它可以處理構(gòu)成數(shù)字信息的基本單元的二進(jìn)制代碼為1s和0s。石墨烯比硅具有更好的導(dǎo)電性，它使用更少的電力，產(chǎn)生更少的熱量，因此石墨烯在處理這些1s和0s極有可能比硅快得多。這意味著在不需要冷卻風(fēng)扇的條件下，筆記本電腦的運(yùn)算速度可以提高50倍。過(guò)去兩年，IBM等巨頭開發(fā)了無(wú)線設(shè)備的石墨烯處理器，一個(gè)名叫數(shù)字核心設(shè)計(jì)的波蘭公司，于今年4月宣布制造了一個(gè)可以在平板電腦上工作的處理器。隨著制造工藝的改進(jìn)，消費(fèi)者有望在未來(lái)五年使用到第一批石墨烯處理器。

　　6. 人工肌肉

　　一層固定在聚合物上的石墨烯在有電流通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生褶皺和伸展。

　　石墨烯可以像紙張一樣褶皺，但很難被撫平。杜克大學(xué)的科學(xué)家不久前將石墨烯固定在一個(gè)預(yù)拉伸的橡膠薄片上，當(dāng)拉力撤銷薄片松弛時(shí)，石墨烯依然貼合在橡膠薄片上，呈褶皺狀。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果使得科學(xué)家們想到把石墨烯貼在聚合物上，當(dāng)聚合物通入電流時(shí)，會(huì)發(fā)生伸縮現(xiàn)象，而這正是構(gòu)成人造肌肉的關(guān)鍵部件。

　　7. 探測(cè)爆炸物

　　石墨烯泡沫可探測(cè)低濃度爆炸物。

　　石墨烯泡沫可探測(cè)到爆炸物中低濃度的硝酸鹽和氨。倫斯勒理工學(xué)院開發(fā)的一張郵票大小的傳感器，有一天可能成為拆彈對(duì)攜帶的工具包中的標(biāo)配。

　　8. DNA 測(cè)序

　　石墨烯制成的泡沫過(guò)濾器可以用于DNA測(cè)序

　　通過(guò)控制石墨烯孔隙的大小，它有望成為一種篩選DNA尺寸的過(guò)濾器，該功能可以讓研究人員用比現(xiàn)有技術(shù)（人均約1000美元）更低的成本測(cè)序DNA。目前，測(cè)序一個(gè)人基因組的成本大概是上述價(jià)格三到五倍，總部位于舊金山的Life Technologies公司，去年推出了一臺(tái)機(jī)器從事這份工作。不幸的是，機(jī)器本身價(jià)格高達(dá)149000美元。

　　9. 防彈背心

　　石墨烯和碳納米管復(fù)合纖維比通常用于制備防彈背心的凱夫拉纖維具有更高的強(qiáng)度

　　澳大利亞研究人員發(fā)現(xiàn)了一種制備比凱夫拉纖維更強(qiáng)的石墨烯復(fù)合纖維的方法。添加等量的石墨烯和碳納米管制備超強(qiáng)纖維可用來(lái)制造防彈衣織物，這種纖維同樣可用來(lái)強(qiáng)化其他材料。

　　10. 夜視

　　利用單層石墨烯作為底片，并在底片上添加硫化鉛晶體，即可制成一個(gè)兼具高靈敏性和高柔韌性的夜視光電探測(cè)器。

　　光電探測(cè)器是一種可以把光子轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)的電腦芯片，每一個(gè)數(shù)碼相機(jī)都有一個(gè)由硅制成的光電探測(cè)器。Frank Koppens和他在巴塞羅那光子科學(xué)研究所的同事們通過(guò)摻雜一層硫化鉛的石墨烯制作了一個(gè)超靈敏和靈活的光電探測(cè)器，這種技術(shù)可以制造更薄的相機(jī)和更輕的夜視鏡。