【石墨烯材料】石墨烯的九大應用研究，你知道多少？

說到石墨烯這一由碳元素組合而成的新星材料，就不得不提到它所在的“碳家族”。

 碳的起源可以追溯到宇宙大爆炸時期，以各種形式存在于大氣、地殼和生物之中，是地球上一切有機體生物的骨架元素，構成人體最重要的元素。

 石墨烯的厚度僅為0.35nm，是迄今為止發現的最薄的二維材料。由于石墨烯的結構的特殊性，使得它具有非常優異的力學性能。基于石墨烯優異的性能和獨特的結構，石墨烯在電子器件、納米纖維、航空航天、國防、醫藥、屏蔽材料、導熱材料、儲能材料、傳感器以及其他先進復合材料等領域都得到了廣泛的應用。

1、國防裝備

石墨烯的高強度，作為增強材料，石墨烯可用于多種軍事平臺的結構材料、裝甲材料、身體防護設備等，中國研究人員利用細小的管狀石墨烯構成一個擁有蜂窩狀結構的泡沫材料，它像氣球一樣輕卻像金屬一樣堅固。美國研究人員把柔軟的石墨變成了強勁的“鋼筋”，過程是把單層二維結構的石墨烯變成具有三維結構的石墨烯泡沫狀材料，再用機械性能較強和高導電性的碳納米管來強化該材料，從而制成“鋼筋石墨烯”。

2、生物醫藥

石墨烯在生物醫藥領域具有廣泛的應用前景，包括藥物基因輸送、腫瘤光熱治療、生物成像、電化學生物傳感器、抗菌和組織工程等方面。石墨烯基納米材料在傷口愈合、再生醫學、組織和干細胞工程領域找到了新的發展方向，它具有卓越的力學性能（如強度、彈性和柔韌性），適用于平坦表面并影響各種功能。

3、石墨烯電池

石墨烯具有優良的透光性、高電子遷移性，更低的電阻性，因此它在電池方面的應用潛力很大。在電池生產中石墨烯可直接作為正負極材料，或是作為導電添加劑添加到正負極材料中，還有是作為涂層提高電池功率特性。充電和續駛里程問題一直困擾著新能源汽車，而石墨烯電池有望克服鉛酸電池和傳統鋰電池的發展遭遇的“瓶頸”。

4、熱管理

石墨烯具有優異的導熱性能和導電性能，是目前已知導電、導熱性最好的材料，有“新材料之王”、“黑金”之稱。宇航派蒙作為國內石墨烯熱管理應用領軍企業，已經在新能源汽車、醫療健康、家居服飾等行業實現產品落地布局，打造研、產、銷一體化的新格局。

5、抗菌材料

氧化石墨烯作為一種碳基納米材料，其本質上是由石墨片剝離而來的一種表面含有羥基（-OH）、羧基（-COOH）和醛基（-CHO）等含氧官能團的二維材料。氧化石墨烯可以表現出與傳統抗生素不同的抗菌機制，其抗菌作用始于自身與細菌細胞的相互作用，總體可分為細菌細胞膜破壞、氧化應激以及細菌捕獲包覆。因此，在實際應用中氧化石墨烯的抗菌活性會受到一些物理和化學因素的影響，包括形態尺寸、外部環境、使用條件和抗菌助劑等。

6、石墨烯觸摸屏

智能手機最關鍵的部件是有一塊既能導電又非常透明的觸摸屏，而石墨烯的良好的柔韌性、導電性和光學透明性完全能滿足這一需求，比目前的透明電極材料氧化銦錫（ITO）更完美。研究人員已制造出由多層石墨烯和聚酯片基底組成的透明可彎曲的顯示屏，用這種方法還可制造基于石墨烯的太陽能電池、觸摸傳感器、平板顯示器、有機發光二極管等。

7、電磁屏蔽

石墨烯基材料因其獨特的電磁性能（極高的電子電導和優異的磁學性能）和出眾的力學性能（厚度薄且拉伸強度大）而具有超高的理論SE值，是新一代高屏蔽效能、寬頻的輕質電磁屏蔽的首選材料之一。

研究表明，單層石墨烯在理想情況下可通過吸收損耗衰減電磁波，其電磁干擾屏蔽效能可達到16.5dB，對入射電磁波的屏蔽率為97.8%。此外，通過薄膜表面性質與厚度調控能夠獲得差異化電磁屏蔽能力及適用于不同電磁場景的電磁屏蔽材料。

8、超級電容器

石墨烯因其比表面積大、柔韌性好、機械性能好、導電性能好等優點，被廣泛應用于超級電容電極。目前，在超級電容中，石墨烯的應用主要有兩種：一是作為獨立的電極材料；二是將石墨烯與金屬、金屬氧化物、導電高分子等電極材料混合形成復合電極。

9、半導體

場效應晶體管是一種利用電流在輸入電路中的電流來控制輸出環路的新型半導體器件。目前，許多晶體管采用的電極材料多為金、鋁，其電阻大、反應不靈活、資源消耗大、透光率低、不易彎曲和變形。

而石墨烯的化學特性和鋁類似，既有鋁的優勢，又克服了鋁的缺陷，其化學性能比鋁更穩定，電子遷移率也更高，并且與鄰近層的材料接觸的電阻非常低。高速晶體管溝道較短時，其響應速度也較快。

內容轉自：https://mp.weixin.qq.com/s/OYe243g0-kBCXy5vAAq-gg