快速進入技術成熟期：石墨烯四個應用領域簡析

快速進入技術成熟期：石墨烯四個應用領域簡析

石墨烯又稱單層油墨，是一種硬度最高、韌性最強的二維納米材料，由于其獨特的納米結構和優(yōu)異的物理化學性能，在電子、光學、磁學、生物醫(yī)學、催化、能等領域具有廣闊的應用前景。GY存儲和傳感器。石墨烯技術被公認為21世紀的未來材料和革命性材料，與石墨烯有關的專利開始呈現(xiàn)爆炸性增長（2010年為353項，2012年為1829項），總體而言，石墨烯技術進入了快速增長期，迅速躍升到技術成熟階段，石墨烯技術的全球競爭。研發(fā)布局日趨激烈，各國技術優(yōu)勢逐步形成。

石墨烯于2004年出現(xiàn)在實驗室，當時曼徹斯特大學的兩位科學家Andre Jem和Kostya Novoselov發(fā)現(xiàn)，他們可以用一種非常簡單的方法得到更薄和更薄的石墨片。他們從石墨上剝離石墨片，然后將石墨片的兩面粘到一個特殊的膠帶上，撕下膠帶，然后繪制出圖表。ITE片材可分為兩部分，連續(xù)這樣做，片材變得越來越薄。最后，他們得到了一種只有一層碳原子組成的薄膜，即石墨烯，從此，制備石墨烯的新方法層出不窮。經過五年的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)石墨烯進入工業(yè)生產領域并不遙遠，因此他們在2010年獲得了諾貝爾物理學獎。

中國科學院最近發(fā)布的一份報告指出，石墨烯的研究和工業(yè)化繼續(xù)升溫。根據(jù)石墨烯專利的分布情況，石墨烯應用技術的研究熱點包括：用作鋰離子電池電極材料的石墨烯、太陽能電池電極材料、薄膜晶體管制備、傳感器、半導體器件、復合材料制備、透明顯示屏觸摸屏、透明電子器件等。電子線路等主要集中在以下四個方面：

（1）傳感器領域。石墨烯因其獨特的二維結構而廣泛應用于傳感器領域。它具有體積小、表面積大、靈敏度高、響應時間快、電子傳遞快、蛋白質易于固定和活性保持等特點，可以提高傳感器的性能，主要用于制作氣體、小生物分子、酶和DNA的電化學傳感器。新加坡城市大學開發(fā)了一種石墨烯光傳感器，其靈敏度是普通傳感器的1000倍；美國倫斯勒理工學院開發(fā)了一種廉價的石墨烯海綿傳感器，其性能遠遠優(yōu)于現(xiàn)有的商用氣體傳感器。

（2）儲能和新的顯示區(qū)域。石墨烯具有良好的導電性和透明度。石墨烯作為一種透明導電電極材料，在觸摸屏、液晶顯示器、儲能電池等領域有著良好的應用前景，是觸摸屏制造中最有潛力的氧化銦錫替代品。三星、索尼、慧瑞、3M、豐田、東芝等龍頭企業(yè)都專注于這一領域的研發(fā)，德州大學奧斯汀分校的研究人員利用KOH對石墨烯進行化學改性，并將其重建成多孔結構。超級電容器的儲能密度接近鉛酸電池的儲能密度，密歇根理工大學的科學家們研制出了一種獨特的蜂窩狀三維石墨烯電極，光電轉換效率為7.8%，成本低廉，有望取代太陽能電池中的鉑，東芝研制出了GR。亞phene和銀納米線復合透明電極，并實現(xiàn)了大面積。

（3）半導體材料。石墨烯被認為是替代硅的理想材料。大量實力雄厚的企業(yè)研制出石墨烯半導體器件，韓國成正關大學研制出一種高穩(wěn)定的n型石墨烯半導體，長期在空氣中使用，美國哥倫比亞大學研制出石墨烯硅光電混合芯片。它在光互連和低功率光子集成電路領域有著廣泛的應用前景，IBM的研究人員已經開發(fā)出截止頻率高達100GHz的石墨烯場效應晶體管（FET），它遠高于同一柵極的最先進硅晶體管的截止頻率（40GHz）。NGTH。

（4）生物醫(yī)學領域。石墨烯及其衍生物廣泛應用于納米給藥系統(tǒng)、生物檢測、生物成像和癌癥治療?；谑┑纳锲骷蛏飩鞲衅骺捎糜诩毦治?、DNA和蛋白質檢測。例如，賓夕法尼亞大學在T.美國可以快速完成DNA測序，石墨烯量子點（GQDS）被用于生物成像。與熒光體相比，量子點具有熒光更穩(wěn)定、無光漂白、無光衰減等優(yōu)點，盡管石墨烯在生物醫(yī)學領域的應用尚處于起步階段，但它是最有前景的工業(yè)化應用之一。

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