中國粉體網(wǎng)訊  自2004年第一次制備得到獨立的單層石墨烯以來，眾多科學家展開了對石墨烯的研究，石墨烯已經(jīng)成為材料及凝聚態(tài)物理領(lǐng)域一顆閃耀的新星。石墨烯以其非凡的性質(zhì)在多個領(lǐng)域都展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

復(fù)合材料

石墨烯由于具有極高的力學性能和電學性能，在作為聚合物基體的增強功能化添加劑方面被認為據(jù)有廣泛的研究前景。石墨烯的添加不僅有利于聚合物基體電性能，熱傳導(dǎo)性能的改善，對于提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，改善復(fù)合材料力學性能也具有重大意義。

納電子器件領(lǐng)域

2005年，Geim研究組J與Kim研究組H發(fā)現(xiàn)，室溫下石墨烯具有10倍于商用硅片的高載流子遷移率(約10cm/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(300K下可達0.3m)，這是石墨烯作為納電子器件最突出的優(yōu)勢，使電子工程領(lǐng)域極具吸引力的室溫彈道場效應(yīng)管成為可能。較大的費米速度和低接觸電阻則有助于進一步減小器件開關(guān)時間，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。此外，石墨烯減小到納米尺度甚至單個苯環(huán)同樣保持很好的穩(wěn)定性和電學性能，使探索單電子器件成為可能。

代替硅生產(chǎn)超級計算機

石墨烯是目前已知導(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，由于工程師們正在設(shè)法將越來越多的信息填充在信號中，它們被要求使用越來越高的頻率，電路中的工作頻率越高，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，能用來生產(chǎn)未來的超級計算機。

超級電容器

由于石墨烯具有極高的理論比表面積，結(jié)構(gòu)上屬于獨立存在的單層石墨晶體材料，故石墨烯片層的兩邊均可以負極電荷形成雙電層。通過化學法制備的石墨烯由于結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性以及潛在的官能團容易形成宏觀聚集體，石墨烯片層之間互相雜亂堆疊分布，導(dǎo)致有效雙電層的面積減少。解決其宏觀條件下的團聚使其表面積得到有效增加，有可能獲得高于多孔炭的比電容。由于石墨烯片層所特有的皺褶以及疊加效果，可以形成的納米孔道和納米空穴，有利于電解液的擴散，因此石墨烯基的超級電容器具有良好的功率特性。

太陽能電池

2010年，清華大學的研究人員首次將石墨烯覆蓋在傳統(tǒng)的單晶硅材料上，研究發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換性能。這樣一個簡易的太陽能電池模型，經(jīng)過優(yōu)化提升后光電轉(zhuǎn)換效率可以達到10%以上。石墨烯-硅模型還可以進一步拓展為石墨烯與其它半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)。這種可以將石墨烯與傳統(tǒng)材料結(jié)合的模型，對石墨烯的實際應(yīng)用具有重要的推動作用。

光子傳感器

石墨烯還可以以光子傳感器的面貌出現(xiàn)在更大的市場上，這種傳感器是用于檢測光纖中攜帶的信息的，這個角色一直由硅擔當，但硅的時代似乎將要結(jié)束。2012年10月，IBM的一個研究小組首次披露了他們研制的石墨烯光電探測器，接下來人們要期待的就是基于石墨烯的太陽能電池和液晶顯示屏了。因為石墨烯是透明的，用它制造的電板比其它材料具有更優(yōu)良的透光性。

基因電子測序

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，石墨烯有望實現(xiàn)直接的，快速的，低成本的基因電子測序技術(shù)。

儲氫

Dimitrakakis等人報道了石墨烯與碳納米管結(jié)合可以形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)用于儲氫，通過計算方法得知在摻雜鋰離子的情況下，其常壓儲氫能力可以達到41g/L。Ghosh等人利用剝離氧化石墨并進行納米鉆石轉(zhuǎn)換得到的材料在一個大氣壓下，77K可以吸附1.7%的氣體。氫氣吸附量隨表面的改變呈現(xiàn)線性變化。在100個大氣壓，298K條件下吸附量可以達到甚至超過3%，表明單層石墨烯具有更大的儲氫量。

其它應(yīng)用

石墨烯還可以應(yīng)用于晶體管、觸摸屏等領(lǐng)域，同時有望幫助物理學家在量子物理學研究領(lǐng)域取得新突破。

中國科研人員發(fā)現(xiàn)細菌的細胞在石墨烯上無法生長，而人類細胞卻不會受損。利用這一特點石墨烯可以用來做繃帶，食品包裝甚至抗菌T恤。

用石墨烯做的光電化學電池可以取代基于金屬的有機發(fā)光二極管，石墨烯還可以取代燈具上的傳統(tǒng)金屬石墨電極，使之更易于回收。

石墨烯不僅可以用來開發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機材料、制造出超堅韌的防彈衣，甚至能讓科學家夢寐以求的2.3萬英里長太空電梯成為現(xiàn)實。

石墨烯的主要應(yīng)用領(lǐng)域

6月19日，來自2DM公司的市場應(yīng)用開發(fā)專家符傳杰先生將走進粉體公開課直播間，做題為《通過使用石墨烯拓展材料應(yīng)用領(lǐng)域》的精彩報告，屆時他將為大家詳細講解2DM石墨烯生產(chǎn)方式與獨特點以及石墨烯應(yīng)用方向與好處等方面的內(nèi)容。

【專家簡介】

符傳杰在國防行業(yè)工作了6年，從事電子光學系統(tǒng)和士兵系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。他畢業(yè)于新加坡國立大學，獲得系統(tǒng)設(shè)計和管理碩士學位，與最終用戶，采購機構(gòu)以及研究與開發(fā)人員廣泛合作，使眾多項目成功產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。作為2DM公司的市場應(yīng)用開發(fā)專家，符傳杰幫助客戶采用和有效使用石墨烯，從而為客戶的產(chǎn)品帶來更高的價值。

參考來源：

許士才：石墨烯的制備、表征及光電性質(zhì)應(yīng)用研究

郭鵬：石墨烯的制備、組裝及應(yīng)用研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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