快速進入技術(shù)成熟期：石墨烯四個應(yīng)用領(lǐng)域簡析

快速進入技術(shù)成熟期：石墨烯四個應(yīng)用領(lǐng)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(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在電子、光學(xué)、磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、催化、能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。GY存儲和傳感器。石墨烯技術(shù)被公認為21世紀的未來材料和革命性材料，與石墨烯有關(guān)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(shù)進入了快速增長期，迅速躍升到技術(shù)成熟階段，石墨烯技術(shù)的全球競爭。研發(fā)布局日趨激烈，各國技術(shù)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(xué)的兩位科學(xué)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(jīng)過五年的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)石墨烯進入工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域并不遙遠，因此他們在2010年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。

中國科學(xué)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(yīng)用技術(shù)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(dǎo)體器件、復(fù)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(lǐng)域。石墨烯因其獨特的二維結(jié)構(gòu)而廣泛應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域。它具有體積小、表面積大、靈敏度高、響應(yīng)時間快、電子傳遞快、蛋白質(zhì)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(xué)傳感器。新加坡城市大學(xué)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(xué)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(dǎo)電性和透明度。石墨烯作為一種透明導(dǎo)電電極材料，在觸摸屏、液晶顯示器、儲能電池等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)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(lǐng)域的研發(fā)，德州大學(xué)奧斯汀分校的研究人員利用KOH對石墨烯進行化學(xué)改性，并將其重建成多孔結(jié)構(gòu)。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(xué)的科學(xué)家們研制出了一種獨特的蜂窩狀三維石墨烯電極，光電轉(zhuǎn)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(fù)合透明電極，并實現(xiàn)了大面積。

（3）半導(dǎo)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(dǎo)體器件，韓國成正關(guān)大學(xué)研制出一種高穩(wěn)定的n型石墨烯半導(dǎo)體，長期在空氣中使用，美國哥倫比亞大學(xué)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(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，IBM的研究人員已經(jīng)開發(fā)出截止頻率高達100GHz的石墨烯場效應(yīng)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(xué)領(lǐng)域。石墨烯及其衍生物廣泛應(yīng)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(zhì)檢測。例如，賓夕法尼亞大學(xué)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(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于起步階段，但它是最有前景的工業(yè)化應(yīng)用之一。

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