石墨烯的应用石墨烯的应用及石墨烯的用途

石墨烯作为碳纳米材料科技创新的前沿，因其特殊的晶体结构和性质而受到科学界的广泛关注和研究。石墨烯是迄今为止发现的最薄的二维材料。它被认为是构建石墨、富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元，具有优异的热导率、力学性能、高电子迁移率、高比表面积和量子霍尔效应。石墨烯因其优异的导热性能和力学性能，在传感器、聚合物纳米复合材料、光电功能材料、药物控释等领域具有许多潜在的应用。引领21世纪新技术革命。

看好未来，突破五大领域

业内普遍认为，石墨烯的应用前景未来将出现在五大领域。首先，在光电产品领域，由于其优异的透明性、导电性和灵活性，在触摸屏、可穿戴设备、OLED、太阳能等领域发挥着作用。这也是公认最有可能先商业化的领域。第二，在能源技术领域，主要取决于石墨烯的超高比表面积、超轻质和非常好的导电性。石墨烯制成的超级电容器极限储能密度约为现有材料的2-5倍，被称为最理想的电极材料。第三种是功能复合材料。通过在各种形状的基底中加入石墨烯，可以制备出具有良好导电性、导热性、可加工性和抗损伤性的特殊材料，在集成电路、散热器、高韧性容器等方面具有应用潜力。第四，微电子器件。未来，石墨烯半导体、石墨烯集成电路、太赫兹器件等领域可能需要利用石墨烯的独特性质。第五，在生物医学和传感器领域，石墨烯对单个分子的响应能力和携带抗体后的分子转运能力是其他传感器无法实现的。

智恩官网有关于石墨烯纤维和石墨烯加热膜应用的专门数据，此处不赘述。

那么，除了这两个，石墨烯还有哪些应用呢？

1.石墨烯-石墨烯电池的应用

石墨烯可以直接用作电池生产中的正负极材料，也可以作为导电添加剂添加到正负极材料中，还可以作为涂层来改善电池的功率特性。充电和续航里程的问题一直困扰着新能源汽车，因为铅酸电池和传统锂电池的发展遇到了瓶颈，石墨烯电池有望在这里取得突破。前不久举行的上海车展上，一家汽车公司推出了石墨烯钛酸锂电池，可实现10 ~ 15分钟快速充电，可连续充放电4万次以上，综合续航里程1000多公里。

2.石墨烯-石墨烯集成电路的应用

石墨烯因其超高的电子传输能力和良好的导热能力，被认为可以取代广泛使用的硅，成为下一代集成电路的基础。2010年，美国的一个研究小组制造了第一个石墨烯基晶体管，并将其集成到一个完整的集成电路中。2016年，中国科学家研制出第一个低噪声放大器单片集成电路。

3.石墨烯-石墨烯触摸屏的应用

智能手机的关键部件是导电透明的触摸屏，石墨烯良好的柔韧性、导电性和光学透明性完全可以满足这一需求，比目前的透明电极材料氧化铟锡(ITO)更加完美。韩国研究人员制作了由多层石墨烯和聚酯衬底组成的透明柔性显示屏，还可以制作石墨烯基太阳能电池、触摸传感器、平板显示器、有机发光二极管等。

4.石墨烯-石墨烯存储器的应用

英国和韩国的研究人员仍在努力开发基于氧化石墨烯的灵活透明的存储系统。石墨烯基新型存储材料成本低、功耗低、重量轻、体积小、存储密度高，可三维堆叠。比如英国开发的石墨烯二氧化钛存储器只有50纳米长，8纳米厚，读写速度只有5纳秒。随着基于石墨烯的触摸屏、存储器等电子设备的发展，灵活透明的智能手机将成为未来的现实。

5.石墨烯-石墨烯超材料的应用

美国研究人员已经把软石墨变成了坚固的“钢筋”。工艺是将单层二维结构的石墨烯变成三维结构的石墨烯泡沫材料，然后用力学性能强、导电性高的碳纳米管对材料进行强化，从而制成“强化石墨烯”。中国研究人员利用微小的管状石墨烯形成蜂窝状结构的泡沫材料，这种材料轻如气球，强如金属，未来可用于制造防弹背心和坦克装甲。

6.石墨烯的应用——癌症的早期诊断

中国科学家首次发现石墨烯有助于癌症的早期诊断。当体内出现异常情况时，血清、尿液和唾液中的核酸分子生物标志物cmocroRNA的含量也会发生变化，但一般的检测方法很难捕捉到，加上石墨烯的强吸附作用，可以大大提高检测灵敏度。通过对捕获的cmocroRNA进行综合分析，可以发现人体是否是癌性的，是什么样的癌症，对于各种癌症的早期诊断和治疗具有重要意义。

7.石墨烯的应用——石墨烯“人工喉”

人的喉咙只能发出声音，却无法感知。如果有一种材料可以同时感知声音和发出声音，并且具有柔韧性，可以用来制作“人工喉”，可以解决像霍金这样的肌萎缩症患者，甚至是聋人的说话问题。最近，中国研究人员开发了这种利用多孔石墨烯材料的集成声学器件，它通过热声效应发出声音，通过压阻效应接收声音信号。

8.石墨烯-石墨烯球的应用

如今，传统的白炽灯泡已经逐渐被白光LED所取代。LED照明虽然功耗低，效果好，但是价格昂贵，制造时需要稀土元素作为原材料。在英国，科学家开发出全新的石墨烯灯泡，结构更坚固，价格比LED灯泡更低，可以延长灯泡的使用寿命，进一步降低能耗10%。

9.石墨烯-海水淡化滤膜的应用

目前的海水淡化方法消耗大量能源，成本高，对环境也会产生负面影响。英国研究人员正在研究用相对便宜的氧化石墨烯膜进行海水淡化。它是一种渗透膜，允许水分子通过，盐离子过滤掉。不需要高温高压，是海水淡化的低成本替代品。

10.石墨烯-石墨烯去污海绵的应用

科学家利用石墨烯海绵的超高比表面积吸附有毒有害物质，吸附量可达自身重量的数百倍，经处理后可循环使用。中国科学家在普通海绵表面均匀涂上石墨烯涂层，利用其导电、疏水、亲油的特性吸收海面泄漏的浮油。

11.石墨烯的应用——防锈

石墨烯不溶于水，可以与聚合物混合用于防锈涂层。石墨烯不溶于水，导电性高。如果石墨烯与钢结合，可以防止钢与水接触，缓解氧化铁的电化学反应。之前有个化学家做过一个实验，把喷涂了这种涂层的钢材浸泡在盐水中，一个月后钢材表面没有出现铁锈。试想一下，如果喷在车上，难道不怕车生锈吗！

12.石墨烯扬声器的应用

这种扬声器的发声原理是石墨烯通过传导电流产生的热能发声。如果在玻璃和两种塑料(两种不同类型)上放置一层厚度小于一纳米的石墨烯，然后施加交流电，就能听到声音。这个扬声器不是通过振膜振动，而是通过石墨烯传输电流。它最大的优点在于薄而柔韧，可以做成任何形状。

13.石墨烯超级电容器的应用

我们都知道电容可以储存电能，比如相机的闪光灯就靠它提供能量。但是单位质量电容储存的电能是有限的，所以这个时候需要电池。那么石墨烯电容可以储存更多的能量，有更多的充放电次数。完全没有必要用电池提供能量。

14.石墨烯的应用——清除放射性废物

这取决于石墨烯的超强吸附能力。氧化石墨烯颗粒与放射性物质结合，然后聚集成团，非常方便后期收集。核废料的清除在将来会变得更加安全。

15.石墨烯柔性电子线路的应用

计算机的计算速度提高了50倍。如今，计算机芯片最重要的材料是硅。石墨烯的导电性比硅好。它可以用更少的功率，产生更少的热量，甚至可以消除冷却风扇，速度可以提高50倍。最近，有很多关于石墨烯取代硅的信息，从中我们可以很容易地预测出第一批石墨烯处理器将在未来五年内诞生并投入市场。

16.石墨烯——人工肌肉的应用

当一层石墨烯固定在聚合物上时，只要有电流通过，就会产生褶皱和拉伸。这个应用也是从一个实验想到的。在一项测试石墨烯柔韧性的实验中，科学家将石墨烯固定在待拉伸的橡胶片上，当张力消失时，石墨烯牢固地附着在橡胶片上。从这个实验中，我们可以认为如果石墨烯附着在聚合物上？只要有电流通过聚合物，就会发生拉伸。这不是我们肌肉的关键部位吗！