石墨烯的十種應用研究

安利

由于具有高導電性、高導熱性、高強度等諸多優(yōu)異特性而被稱為“神奇材料”的石墨烯有可能徹底改變數(shù)量龐大的各種應用，從燈泡到芯片，從電池到觸屏，從智能手機到新能源汽車……下面就介紹一些石墨烯最新的應用研究。

1. 石墨烯電池

在電池生產(chǎn)中石墨烯可直接作為正-負極材料，或是作為導電添加劑添加到正負極材料中，還有是作為涂層提高電池功率特性。充電和續(xù)駛里程問題一直困擾著新能源汽車，這是因為鉛酸電池和傳統(tǒng)鋰電池的發(fā)展遭遇“瓶頸”，而石墨烯電池有望在此取得突破。在不久前舉行的上海車展上，有車企推出了一款石墨烯鈦酸鋰電池，可以實現(xiàn)10～15分鐘快速充電，可持續(xù)充放電超過4萬次，油電綜合續(xù)駛里程可達1000千米以上。

2. 石墨烯集成電路

由于具備超高電子傳輸能力和良好的導熱能力，石墨烯被認為會取代現(xiàn)在廣泛使用的硅而成為下一代集成電路的根基。2010年，美國一個研究團隊制成了首塊基于石墨烯的晶體管，并將其整合進一塊完整的集成電路中。2016年，中國科學家研制出首只低噪聲放大單片集成電路。

3. 石墨烯觸摸屏

智能手機最關鍵的部件是有一塊既能導電又非常透明的觸摸屏，而石墨烯的良好的柔韌性、導電性和光學透明性完全能滿足這一需求，比目前的透明電極材料氧化銦錫（ITO）更完美。韓國研究人員已制造出由多層石墨烯和聚酯片基底組成的透明可彎曲的顯示屏，用這種方法還可制造基于石墨烯的太陽能電池、觸摸傳感器、平板顯示器、有機發(fā)光二極管等。

4. 石墨烯存儲器

英國、韓國的研究人員還在致力開發(fā)基于氧化石墨烯的可彎曲、透明的存儲系統(tǒng)。基于石墨烯的新型存儲材料成本低、功耗小、重量輕、體積小、存儲密度高，可以三維堆積。例如，英國開發(fā)的這款石墨烯二氧化鈦存儲只有50納米長、8納米厚，寫入和讀取速度僅需5納秒。隨著基于石墨烯的觸屏、內存等電子器件不斷開發(fā)，未來可彎曲、全透明的智能手機將成為現(xiàn)實。

5. 石墨烯超級材料

美國研究人員把柔軟的石墨變成了強勁的“鋼筋”，過程是把單層二維結構的石墨烯變成具有三維結構的石墨烯泡沫狀材料，再用機械性能較強和高導電性的碳納米管來強化該材料，從而制成“鋼筋石墨烯”。中國研究人員利用細小的管狀石墨烯構成一個擁有蜂窩狀結構的泡沫材料，它像氣球一樣輕卻像金屬一樣堅固，未來可以用其制造防彈衣、坦克裝甲等。

6. 癌癥早期診斷

中國科學家首次發(fā)現(xiàn)石墨烯有助于癌癥早期診斷。在機體出現(xiàn)異常情況時，核酸分子生物標志物cmocroRNA在血清、尿液以及唾液中含量也會隨之改變，但一般檢測方法難以捕捉到，而借助石墨烯的強吸附性，可使檢測的靈敏度大大提高。通過對捕捉到的cmocroRNA進行綜合性分析，即可得出機體是否出現(xiàn)癌變，以及是哪種癌癥，對于各類癌癥的早期診斷、治療具有重要意義。

7. 石墨烯“人工喉”

人的喉嚨僅能發(fā)出聲音而無法感知聲音。如果能有一種材料可以同時感知聲音、發(fā)出聲音，并且具有柔性，用其制成“人工喉”，就能解決像霍金那樣的肌肉萎縮患者，甚至聾啞人的說話難題。最近，中國研究人員就利用多孔石墨烯材料研發(fā)出這種集成聲學器件，它通過熱聲效應發(fā)出聲音，通過壓阻效應接收聲音信號。

8. 石墨烯燈泡

現(xiàn)在傳統(tǒng)的白熾燈泡已逐步被白光LED所取代，雖然LED照明功耗低、效果好，但價格高，且制作時需要稀土元素作為原材料。在英國，科學家研制出全新的石墨烯燈泡，擁有比LED燈泡更堅固的結構和更低廉的價格，可讓燈泡使用時間延長，進一步減少10%的能源消耗。

9. 海水淡化濾膜

目前的海水淡化方法需要消耗大量能源，成本高，還會對環(huán)境產(chǎn)生負面影響。英國研究人員正在研究以相對廉價的石墨烯氧化物濾膜來進行海水淡化。這是一種可讓水分子通過而鹽離子濾出的選透性薄膜，不需要高溫和高壓，因而是一種低成本的海水淡化替代方案。

10. 石墨烯除污海綿

科學家利用石墨烯“海綿體”超高的比表面積，對有毒有害物質進行吸附，吸附量可達自重的上百倍，吸附之后經(jīng)過處理還可循環(huán)使用。中國科學家在普通海綿表面均勻地包裹上石墨烯涂層，利用其導電、疏水、親油特性，吸附海面上泄漏的浮油。

【責任編輯】趙新宇