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石墨烯的主要應用

2024-02-28  來自: 甘肅中德天倫納米科技有限公司 瀏覽次數:39

石墨烯的主要應用


隨著批量化生產以及大尺寸等難題的逐步突破,石墨烯的產業化應用步伐正在加快,基于已有的研究成果,先實現商業化應用的領域可能會是移動設備、航空航天、新能源電池領域。

基礎研究

石墨烯對物理學基礎研究有著特殊意義,它使得一些此前只能在理論上進行論證的量子效應可以通過實驗經行驗證。在二維的石墨烯中,電子的質量仿佛是不存在的,這種性質使石墨烯成為了一種罕見的可用于研究相對論量子力學的凝聚態物質——因為無質量的粒子以光速運動,從而用相對論量子力學來描述,這為理論物理學家們提供了一個嶄新的研究方向:一些原來需要在巨型粒子加速器中進行的試驗,可以在小型實驗室內用石墨烯進行。 

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零能隙的半導體主要是單層石墨烯,這種電子結構會嚴重影響到氣體分子在其表面上的作用。單層石墨烯較體相石墨表面反應活性增強的功能是由石墨烯的氫化反應和氧化反應結果顯示出來的,說明石墨烯的電子結構可以調變其表面的活性。另外,石墨烯的電子結構可以通過氣體分子吸附的誘導而發生相應的變化,其不但對載流子的濃度進行改變,同時可以摻雜不同的石墨烯。 

傳感器

石墨烯可以做成化學傳感器,這個過程主要是通過石墨烯的表面吸附性能來完成的,根據部分學者的研究可知,石墨烯化學探測器的靈敏度可以與單分子檢測的極限相比擬。 [43]石墨烯的二維結構使它對周圍的環境非常敏感。 [44]石墨烯是電化學生物傳感器的理想材料,石墨烯制成的傳感器在醫學上檢測葡萄糖等具有良好的靈敏性。

晶體管

石墨烯可以用來制作晶體管,由于石墨烯結構的高度穩定性,這種晶體管在接近單個原子的尺度上依然能穩定地工作。相比之下,目前以硅為材料的晶體管在10納米左右的尺度上就會失去穩定性;石墨烯中電子對外場的反應速度超快這一特點,又使得由它制成的晶體管可以達到極高的工作頻率。例如IBM公司在2010年2月就已宣布將石墨烯晶體管的工作頻率提高到了100GHz,超過同等尺度的硅晶體。

柔性顯示屏

消費電子展上可彎曲屏幕備受矚目,成為未來移動設備顯示屏的發展趨勢。柔性顯示未來市場廣闊,作為基礎材料的石墨烯前景也被看好。韓國研究人員制造出了由多層石墨烯和玻璃纖維聚酯片基底組成的柔性透明顯示屏。韓國三星公司和成均館大學的研究人員在一個63厘米寬的柔性透明玻璃纖維聚酯板上,制造出了一塊電視機大小的純石墨烯。他們表示,這是迄今為止“塊頭”石墨烯塊。隨后,他們用該石墨烯塊制造出了一塊柔性觸摸屏。研究人員表示,從理論上來講,人們可以卷起智能手機,然后像鉛筆一樣將其別在耳后。

新能源電池

新能源電池也是石墨烯早商用的一大重要領域。美國麻省理工學院已成功研制出表面附有石墨烯納米涂層的柔性光伏電池板,可降低制造透明可變形太陽能電池的成本,這種電池有可能在夜視鏡、相機等小型數碼設備中應用。另外,石墨烯超級電池的成功研發,也解決了新能源汽車電池的容量不足以及充電時間長的問題,加速了新能源電池產業的發展。這一系列的研究成果為石墨烯在新能源電池行業的應用鋪就了道路。


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