快速进入技术成熟期：石墨烯四个应用领域简析

快速进入技术成熟期：石墨烯四个应用领域简析

石墨烯又称单层油墨，是一种硬度最高、韧性最强的二维纳米材料，由于其独特的纳米结构和优异的物理化学性能，在电子、光学、磁学、生物医学、催化、能等领域具有广阔的应用前景。GY存储和传感器。石墨烯技术被公认为21世纪的未来材料和革命性材料，与石墨烯有关的专利开始呈现爆炸性增长（2010年为353项，2012年为1829项），总体而言，石墨烯技术进入了快速增长期，迅速跃升到技术成熟阶段，石墨烯技术的全球竞争。研发布局日趋激烈，各国技术优势逐步形成。

石墨烯于2004年出现在实验室，当时曼彻斯特大学的两位科学家Andre Jem和Kostya Novoselov发现，他们可以用一种非常简单的方法得到更薄和更薄的石墨片。他们从石墨上剥离石墨片，然后将石墨片的两面粘到一个特殊的胶带上，撕下胶带，然后绘制出图表。ITE片材可分为两部分，连续这样做，片材变得越来越薄。最后，他们得到了一种只有一层碳原子组成的薄膜，即石墨烯，从此，制备石墨烯的新方法层出不穷。经过五年的发展，人们发现石墨烯进入工业生产领域并不遥远，因此他们在2010年获得了诺贝尔物理学奖。

中国科学院最近发布的一份报告指出，石墨烯的研究和工业化继续升温。根据石墨烯专利的分布情况，石墨烯应用技术的研究热点包括：用作锂离子电池电极材料的石墨烯、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示屏触摸屏、透明电子器件等。电子线路等主要集中在以下四个方面：

（1）传感器领域。石墨烯因其独特的二维结构而广泛应用于传感器领域。它具有体积小、表面积大、灵敏度高、响应时间快、电子传递快、蛋白质易于固定和活性保持等特点，可以提高传感器的性能，主要用于制作气体、小生物分子、酶和DNA的电化学传感器。新加坡城市大学开发了一种石墨烯光传感器，其灵敏度是普通传感器的1000倍；美国伦斯勒理工学院开发了一种廉价的石墨烯海绵传感器，其性能远远优于现有的商用气体传感器。

（2）储能和新的显示区域。石墨烯具有良好的导电性和透明度。石墨烯作为一种透明导电电极材料，在触摸屏、液晶显示器、储能电池等领域有着良好的应用前景，是触摸屏制造中最有潜力的氧化铟锡替代品。三星、索尼、慧瑞、3M、丰田、东芝等龙头企业都专注于这一领域的研发，德州大学奥斯汀分校的研究人员利用KOH对石墨烯进行化学改性，并将其重建成多孔结构。超级电容器的储能密度接近铅酸电池的储能密度，密歇根理工大学的科学家们研制出了一种独特的蜂窝状三维石墨烯电极，光电转换效率为7.8%，成本低廉，有望取代太阳能电池中的铂，东芝研制出了GR。亚phene和银纳米线复合透明电极，并实现了大面积。

（3）半导体材料。石墨烯被认为是替代硅的理想材料。大量实力雄厚的企业研制出石墨烯半导体器件，韩国成正关大学研制出一种高稳定的n型石墨烯半导体，长期在空气中使用，美国哥伦比亚大学研制出石墨烯硅光电混合芯片。它在光互连和低功率光子集成电路领域有着广泛的应用前景，IBM的研究人员已经开发出截止频率高达100GHz的石墨烯场效应晶体管（FET），它远高于同一栅极的最先进硅晶体管的截止频率（40GHz）。NGTH。

（4）生物医学领域。石墨烯及其衍生物广泛应用于纳米给药系统、生物检测、生物成像和癌症治疗。基于石墨烯的生物器件或生物传感器可用于细菌分析、DNA和蛋白质检测。例如，宾夕法尼亚大学在T.美国可以快速完成DNA测序，石墨烯量子点（GQDS）被用于生物成像。与荧光体相比，量子点具有荧光更稳定、无光漂白、无光衰减等优点，尽管石墨烯在生物医学领域的应用尚处于起步阶段，但它是最有前景的工业化应用之一。

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