石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域

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第二章 石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域 石墨烯因其獨特的電學(xué)性能、力學(xué)性能、熱性能、光學(xué)性能和高比表面積，近年來受到化學(xué)、物理、材料、能源、環(huán)境等領(lǐng)域的極大重視，應(yīng)用前景廣闊，被公認為21世紀(jì)的“未來材料”和“革命性材料”。具體在五個應(yīng)用領(lǐng)域： 一是儲能領(lǐng)域。石墨烯可用于制造超級電容器、超級鋰電池等。二是光電器件領(lǐng)域。石墨烯可用于制造太陽能電池、晶體管、電腦芯片、觸摸屏、電子紙等。三是材料領(lǐng)域。石墨烯可作為新的添加劑，用于制造新型涂料以及制作防靜電材料。四是生物醫(yī)藥領(lǐng)域。石墨烯良好的阻隔性能和生物相容性，可用于藥物載體、生物診斷、熒光成像、生物監(jiān)測等。五是散熱領(lǐng)域。石墨烯散熱薄膜可廣泛應(yīng)用于超薄大功耗電子產(chǎn)品，比如當(dāng)前全球熱銷的智能手機、IPAD 電腦、半導(dǎo)體照明和液晶電視等。 中國科學(xué)院預(yù)計，到2024年前后，石墨烯器件有望替代互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件，在納米電子器件、光電化學(xué)電池、超輕型飛機材料等研究領(lǐng)域得到應(yīng)用。 目前，全球范圍內(nèi)僅電子行業(yè)每年需消耗大約2500噸半導(dǎo)體晶硅，純石墨烯的市場價格約為人民幣1000元/g ，其若能替代晶硅市場份額的10%，就可以獲得5000億元以上的經(jīng)濟利益；全球每年對負極材料的需求量在2.5萬噸以上，并保持了20%以上的增長，石墨烯若能作為負極材料獲得鋰離子電池市場份額的10%，就可以獲得2500噸的市場規(guī)模?？梢?，石墨烯具有廣闊的應(yīng)用空間和巨大的經(jīng)濟效益。 正是在這一背景下，目前國內(nèi)外對石墨烯技術(shù)的應(yīng)用研究如火如荼，具體應(yīng)用如下： 2.1 石墨烯鋰離子電池 鋰離子電池具有容量大、循環(huán)壽命長、無記憶性等優(yōu)點，目前已成為全球消費類電子產(chǎn)品的首選電池以及新能源汽車的主流電池。高能量密度、快速充電是鋰電池產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢，在正極材料中添加導(dǎo)電劑是一種有效改善鋰電性能的途徑，可大大增加正負極的導(dǎo)電性能、提高電池體積能量密度、降低電阻，增加鋰離子脫嵌及嵌入速度，顯著提升電池的倍率充放電等性能，提高電動車的快充性能。 所謂石墨烯電池并非整個電池都用石墨烯材料制作，而是在電池的電極使用石墨烯材料。在理論上石墨烯電極可能有超過石墨兩倍的比容量。另外，如果將石墨烯和炭黑混合后作為導(dǎo)電添加劑加入鋰電池可以有效降低電池內(nèi)阻，提升電池倍率充放電性能和循環(huán)壽命，而且電池的彎折對充放電性能沒有影響，因此電極采用石墨烯材料后，使電池具備高充放電速率是石墨烯電池具備快速充電的原因。 在鋰電池中應(yīng)用，石墨烯的主要功能包括兩個：一是導(dǎo)電劑，二是電極嵌鋰材料。以上兩點應(yīng)用都是在和傳統(tǒng)的導(dǎo)電碳/石墨競爭。目前石墨烯在鋰電池中的添加形式主要有三種：導(dǎo)電添加劑、電極復(fù)合材料、直接作為負極材料，目前石墨烯導(dǎo)電劑研發(fā)技術(shù)已經(jīng)相對成熟。 石墨烯在鋰電池中的應(yīng)用 2.1.1石墨烯作為鋰離子電池正極導(dǎo)電添加劑 鋰電池正極材料導(dǎo)電添加劑，顯著提高充放電及導(dǎo)電性能，正極材料導(dǎo)電添加劑是石墨烯鋰電池應(yīng)用中走在產(chǎn)業(yè)化最前端的一環(huán)。 石墨烯是高性能鋰電池正極導(dǎo)電添加劑的新選擇。利用其二維高比表面積的特殊結(jié)構(gòu)所帶來的優(yōu)異電子傳輸能力，可顯著提高電極材料容量揮發(fā)、降低電池內(nèi)阻，提高倍率性和循環(huán)壽命，改善電池的高低溫和安全性能。 全球石墨烯導(dǎo)電劑用量預(yù)測 就石墨烯導(dǎo)電劑而言，其憑借石墨烯優(yōu)異的載流子遷移率 (15000cm2/V-1? s-1)和超低電阻率（10-6Ωcm），可顯著降低電池內(nèi)阻、提高倍率性能和循環(huán)壽命，并改善電池的高低溫和安全性能。 2.1.2 石墨烯作為鋰離子電池負極材料 石墨烯負極材料能夠提高負極鋰電池理論比容量和倍率性能。石墨烯的孔道結(jié)構(gòu)使得鋰離子在負極材料中的擴散路徑比較短，有效提高電導(dǎo)率；石墨烯優(yōu)異的機械性能和化學(xué)性能使得其復(fù)合電極材料具備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，能夠有效提高電極材料循環(huán)穩(wěn)定性。 石墨烯包覆硅用于負極可提高儲能密度，助推電池輕量化。目前實驗室石墨烯包覆硅的復(fù)合材料儲能密度可達到800mAh/g。 2.1.3 石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池功能涂層鋁箔 石墨烯功能涂層鋁箔可有效降低電池內(nèi)阻。石墨烯涂覆于鋁箔集流體上，形成石墨烯功能涂層鋁箔可使電池內(nèi)阻降低一半，而容量不受損失，同時電池的循環(huán)壽命提高20%以上。 2.1.4 石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池導(dǎo)電漿料 石墨烯導(dǎo)電添加劑顯著提高充放電及導(dǎo)電性能。導(dǎo)電添加劑是石墨烯鋰電池應(yīng)用中走在產(chǎn)業(yè)化最前端的一環(huán)，石墨烯導(dǎo)電漿料技術(shù)成熟，成本優(yōu)勢凸顯，已批量供貨。目前已有多家公司進行石墨烯在鋰電池的應(yīng)用，石墨烯在導(dǎo)電添加劑方面已經(jīng)量產(chǎn)。 2.1.5 石墨烯基鋰硫電池 以單質(zhì)硫為正極，金屬鋰為負極的鋰硫電池具有高達2600 Whkg-1的理論能量密度，高導(dǎo)電石墨烯作為集流體，相比傳統(tǒng)的金屬集流體，其輕質(zhì)的特點有助于提升電池整體的能量密度并，同時由于單質(zhì)硫儲量豐富、價格低廉等特點，鋰硫電池被視為最具有發(fā)展前景的下一代高能量二次電池之一，受到了研究者的廣泛關(guān)注。 2.2 石墨烯燃料電池 燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料電池是將燃料具有的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置。 石墨烯有益于解決燃料電池中技術(shù)難題及成本問題。利用石墨烯類膜材料輸運特性有望解決燃料電池核心部件“質(zhì)子傳導(dǎo)膜”的燃料滲透難題，同時用摻氮石墨烯催化劑顯然可大大降低燃料電池成本。 石墨烯燃料電池 2.3 石墨烯紙蓄電池 將氧化石墨烯制成石墨烯紙，石墨烯紙可起到質(zhì)子導(dǎo)體作用，用石墨烯紙制成的蓄電池具有良好的初容量。石墨烯的摻入可使蓄電池的比容量及活性物質(zhì)利用率提升 10 % 以上。 　　蓄電池負極中分別加入石墨烯，提升了高倍率放電性能，大大延長了循環(huán)壽命，添加石墨烯的負極板都具有 70 % 以上的高孔率。 　　石墨烯紙以極好的導(dǎo)電性，極大的比表面積等特殊性能，應(yīng)用到蓄電池中可提升比容量和活性物質(zhì)利用率；石墨烯可使鉛膏保持高孔率，有利于提升電池的倍率放電能力和充電接受能力，延長循環(huán)壽命。 2.4 石墨烯超級電容 超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和二次電池之間的電化學(xué)儲能裝置，具有高功率密度、快速充放電、高循環(huán)壽命、無污染、免維護等優(yōu)點，在各類需要能源轉(zhuǎn)化的領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價值。但是超級電容器目前受到電極材料的制約，能量密度普遍低于20wh/kg。 石墨烯本身具備超大的比表面積(2600 m2/g)，應(yīng)用于超級電容器電極能顯著提高儲能密度，其儲能密度與鉛酸電池接近，是超級電容器的理想電極材料。石墨烯超級電容制成的汽車，一次充電時間只需 8 分鐘，即可供電力新能源汽車行駛1000 千米。石墨烯超級電容能量密度超過 600wh/kg，是目前動力鋰電池的5倍，電池重量只是鋰離子電池的一半，使用壽命是目前鋰電池2倍，是傳統(tǒng)氫化電池的4倍，成本將比目前鋰電池降低 77%。 2.5 石墨烯太陽能電池 石墨烯透過率高（單層為97.3%），方塊電阻低，使用石墨烯能夠提高光電轉(zhuǎn)化效率，可以作為太陽能電池中的受體材料。石墨烯可以和有機聚合物材料復(fù)合形成大的給受體界面，有利于電池中激子的擴散速率和載流子遷移率的提高，消除由于電荷傳輸路徑被破壞產(chǎn)生的二次聚集。 另外石墨烯材料也被應(yīng)用到各類太陽能電池的光陽極上。將石墨烯薄膜沉積在硅表面，有利于硅電池的表面鈍化、摻雜及異質(zhì)結(jié)的形成，且有效提升電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 隨著國家對新能源開發(fā)利用的重視程度，太陽能電池的產(chǎn)銷具備持續(xù)增長能力，石墨烯的出現(xiàn)正好為光伏產(chǎn)業(yè)中一些亟需解決的技術(shù)難題提供了解決方案，未來石墨烯在光伏行業(yè)大有可為。 2.6 石墨烯儲存氫能源 眾所周知，材料吸附氫氣量和其比表面積成正比，石墨烯擁有質(zhì)量輕、高化學(xué)穩(wěn)定性和高比表面積的優(yōu)點，使其成為儲氫材料的最佳候選者。希臘大學(xué)設(shè)計了新型3D 碳材料，孔徑尺寸可調(diào)，這種新型碳材料摻雜了鋰原子時，石墨烯柱的儲氫量可達到611%。 2.7 石墨烯功能涂料 n 石墨烯自身的高比表面積、高導(dǎo)熱導(dǎo)電性、穩(wěn)定的化學(xué)性能以及優(yōu)異的力學(xué)性能，使其成為新一代涂料、橡膠、塑料等產(chǎn)品的重要“調(diào)味品”，可以全方位提升傳統(tǒng)產(chǎn)品的特性，且對原有的生產(chǎn)工藝和成本影響不大，使石墨烯成為新一代涂料的焦點。 石墨烯用于涂料中可制備純石墨烯涂料和石墨烯復(fù)合涂料，可顯著提升聚合物的性能，因此石墨烯復(fù)合涂料成為石墨烯的重要應(yīng)用研究領(lǐng)域。 2.8 石墨烯散熱涂料 當(dāng)前電子產(chǎn)品的輕薄化已經(jīng)成為趨勢，伴隨著產(chǎn)品功能增強、性能提高，高功率的處理芯片帶來了更多的熱量，更快的處理速度和更低的電量消耗對智能終端提出了更高的散熱需求。以石墨烯散熱膜為代表的碳材料憑借超高的導(dǎo)熱率、低密度、低熱膨脹系數(shù)、良好的高溫力學(xué)性能順勢而起，已經(jīng)成為最具有發(fā)展前景的導(dǎo)熱材料。 石墨烯散熱涂料具有巨大的應(yīng)用前景，可以廣泛應(yīng)用在空調(diào)、LED燈具、大功率芯片等領(lǐng)域的散熱中。 2.9 石墨烯導(dǎo)電涂料 導(dǎo)電涂料是伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)而迅速發(fā)展起來的特種功能涂料，目前已在靜電耗散、電磁屏蔽、電子封裝等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 石墨烯由于具有很高的電子遷移率和優(yōu)異的電學(xué)性能，能夠更好地實現(xiàn)導(dǎo)電涂料所要達成的目標(biāo)；而且由于石墨烯具備優(yōu)異的機械性能及熱性能，使得這種新型導(dǎo)電涂料更加耐用，更能適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，是極佳的導(dǎo)電涂料添加劑。 2.10 石墨烯導(dǎo)電粘膠 以天然鱗片石墨為原料，采用水系乳化劑，在機械振動下獲得可以石墨烯導(dǎo)電粘膠。石墨烯在導(dǎo)電膠黏劑方面也有廣泛的應(yīng)用前景。目前，商業(yè)化導(dǎo)電膠黏劑產(chǎn)品的主要填充料為碳黑、銀粉、鎳粉等，它們各有優(yōu)缺點。碳黑雖然便宜，但其導(dǎo)電能力不佳，需要大量填充；銀鎳粉導(dǎo)電性能好，但價格較高，產(chǎn)品的成本過高。采用石墨烯作為填充料，不僅可以降低填充量，還可解決導(dǎo)電性能和成本之間的矛盾。因此，石墨烯導(dǎo)電膠黏劑則可用LED封裝、電子器件封裝，降低封裝成本。 2.11 石墨烯抗靜電涂料 抗靜電涂料廣泛用于電子、電器、航空及化工等多種領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，對其抗靜電性能的要求越來越高。石墨烯所具有的高導(dǎo)電性、強力學(xué)性能等特點，有利于制備高性能、高強度的抗靜電涂料。將十六胺接枝到石墨烯表面以增加與環(huán)氧樹脂的相容性，然后以溶液共混的方式將兩者均勻混合，改變混合體系中石墨烯的用量，可得到具有不同表面電阻率的抗靜電涂料，當(dāng)改性石墨烯的添加量為0.5%時，抗靜電涂膜的表面電阻可降至109Ω/sq，達到抗靜電涂料的標(biāo)準(zhǔn)要求 2.12 石墨烯防腐涂料 石墨烯是已知最薄防腐蝕涂層，石墨烯做金屬保護膜已經(jīng)成功應(yīng)用，并顯著延緩了金屬的腐蝕速度，未來發(fā)展前景廣闊。涂料中添加石墨烯后，石墨烯能夠形成穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)格，有效提高鋅粉的利用率，水性石墨烯涂料的防腐效果明顯優(yōu)于其他碳系材料填充的水性涂料，也比商業(yè)化的水性涂料具有更為突出的耐鹽霧性。在傳統(tǒng)的磷酸涂料中添加少量石墨烯，可使涂料的耐鹽霧時間提升1倍以上，其性價比優(yōu)于傳統(tǒng)涂料。 2.13 石墨烯透光涂料 石墨烯由于單層透光率97.7%，具有良好的光學(xué)性能，可以在實現(xiàn)防腐等目標(biāo)的基礎(chǔ)上，用于汽車船舶玻璃、顯示器、電視機等領(lǐng)域。 2.14 石墨烯耐磨涂料 用溶膠凝膠法制備石墨烯水性聚氨酯涂料，添加2.0%的石墨烯即可使涂膜的抗張強度提高71%，楊氏模量提高86%。摩擦壽命比純聚氨酯提高了880%。 2.15 石墨烯建筑涂料 石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高，將其用于建筑隔熱涂料可有效降低建筑物的內(nèi)部溫度，增強節(jié)能效果。薛剛等采用回流法將石墨烯包裹在紅外發(fā)射粉末表面，制備了一種含石墨烯、電氣石和過渡金屬氧化物的復(fù)合散熱涂料。石墨烯可降低紅外顆粒的熱阻，與普通散熱涂料相比，含石墨烯的復(fù)合涂料紅外發(fā)射率達到96%，節(jié)能6.37%，體現(xiàn)出良好的節(jié)能效果。石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)性能，能顯著改善聚合物的抗拉強度與韌性，把石墨烯加入到以丙烯酸酯類聚合物與水泥復(fù)合而成的聚合物水泥防水涂料中，石墨烯豐富的含氧基團可調(diào)節(jié)水泥水化產(chǎn)物的生長，使涂膜的物理性能(如拉伸強度、斷裂伸長率、抗?jié)B性等)得到明顯提升。 2.16 石墨烯導(dǎo)電油墨 石墨烯導(dǎo)電油墨是一類由功能化石墨烯、連接料、劑和溶劑等組成的具有導(dǎo)電等特殊功能的油墨產(chǎn)品。具有導(dǎo)電性能優(yōu)異、印刷圖案質(zhì)量輕、印刷適性好、固化條件溫和以及成本低廉等優(yōu)勢，可在塑料薄膜、紙張及金屬箔片等多種基材上實現(xiàn)印刷。 石墨烯油墨適用于網(wǎng)印、凹印、柔印、膠印和噴墨印刷等方式，可以應(yīng)用于印刷線路板(PCB)、射頻識別(RFID)、顯示備(如OLED)、電極傳感器等方面，能潛在應(yīng)用于有機太陽能電池、印刷電池和超級電容器上面。因此石墨烯油墨有望在射頻標(biāo)簽、智能包裝、薄膜開關(guān)、導(dǎo)電線路以及傳感器等下一代輕薄、柔性電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，市場前景巨大。 石墨烯導(dǎo)電油墨 2.17 石墨烯電網(wǎng)防腐抗冰涂料 利用新材料石墨烯研制出的全新的重防腐涂料，將應(yīng)用在電網(wǎng)領(lǐng)域，今后電網(wǎng)的防腐抗冰能力有望大大提升。 沿海地區(qū)化工廠數(shù)量多，空氣中含硫廢氣含量高，且鹽霧腐蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致沿海輸電桿塔受腐蝕的速度較內(nèi)陸地區(qū)快3至5倍，增加了維護成本，增大了電網(wǎng)運行風(fēng)險。目前市場上主要的重防腐涂料是富鋅底漆，不但防護壽命短，而且大量使用鋅，浪費資源，與環(huán)保理念相悖。石墨烯重防腐涂料中鋅含量只占20%甚至是零，而且性能至少提高兩倍，在不提高重防腐涂料的厚度情況下，能大幅延長防腐壽命。這種涂料一旦應(yīng)用，對提高國家電力系統(tǒng)的安全、保障國民經(jīng)濟正常發(fā)展和人民生活有著重要意義。 2.18 石墨烯抗靜電塑料 高分子材料在常規(guī)情況下為絕緣體，通常表面電阻為1012Ωcm以上，防靜電包裝材料要求表面電阻為107-1011Ωc m。石墨烯抗靜電母粒加入塑料中可以避免由于高分子材料本身的絕緣性能而產(chǎn)生的靜電，從而使其能夠適應(yīng)IT產(chǎn)品的包裝要求和特殊抗靜電制品的生產(chǎn)，對于制品的表面防塵有良好效果。 2.19 石墨烯導(dǎo)電塑料 在高分子材料中，要求石墨烯具有良好的分散能力，以體現(xiàn)出少量添加就能大幅提高材料電導(dǎo)率的效果。石墨烯微片產(chǎn)品在聚乙烯、聚丙烯和尼龍等多種高分子材料中都可順利添加，且分散良好。 在聚乙烯體系中，石墨烯微片填充量為0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時，聚乙烯的電阻率即可降低至106Ωcm，而填充量達3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時，電阻率降低至104Ωcm。而在聚偏氟乙烯體系中，通過良好的分散與復(fù)合技術(shù)，可以在石墨烯填充量為3%時，就可使電阻率降至10Ωc m以下?？梢?，石墨烯微片的應(yīng)用效果明顯。 通過采用石墨烯復(fù)合材料，可以使機身材料實現(xiàn)更多的導(dǎo)電性能，避免銅網(wǎng)的使用。通過開發(fā)更多的導(dǎo)電樹脂，可以對構(gòu)成飛機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一些材料做些調(diào)整，如電腦外殼和艙內(nèi)結(jié)構(gòu)，那些不像主要結(jié)構(gòu)那樣需要大量測試的部位。 2.10 石墨烯增強塑料 石墨烯在汽車工業(yè)有很大的應(yīng)用空間，用它來增強汽車用復(fù)合材料將具有巨大潛力。加入石墨烯納米材料后，能夠增加碳纖維增強環(huán)氧樹脂部件的抗沖擊性能和壓縮性能。這可以使設(shè)計人員開發(fā)出更輕、更高效的碳纖維增強環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)，其中抗沖擊是設(shè)計考慮的主要因素。這個新的預(yù)浸料的應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、汽車和體育用品，如自行車框架、釣魚竿和賽艇。石墨烯增強碳纖維環(huán)氧樹脂預(yù)浸料，對其結(jié)構(gòu)熱性能和機械性能改善顯著，使用石墨烯復(fù)合可以進一步開發(fā)出新一代的碳纖維環(huán)氧預(yù)浸材料。 2.21 石墨烯輪胎 石墨烯導(dǎo)靜電輪胎采用石墨烯與膠質(zhì)復(fù)合改性制備技術(shù)，克服了現(xiàn)有的拖曳式汽車防靜電技術(shù)和裝備打火花、易磨短、易脫落、不能可靠導(dǎo)出車體靜電等缺點，通過具有導(dǎo)靜電功能的輪胎胎面接地，實現(xiàn)全時段、連續(xù)、可靠地導(dǎo)出車體靜電。 2.22 石墨烯橡膠復(fù)合材料 絕大部分橡膠都需要補強劑如炭黑來進行填充以提高橡膠的各項性能。石墨烯是目前世界上已知最薄、最堅硬、最具有韌性的材料，這些性質(zhì)使其作為理想的補強劑。并且石墨烯具有超高的比表面積，加入非常少量石墨烯就能明顯提高橡膠復(fù)合材料的性能。 隨著橡膠制品的多樣化，很多應(yīng)用領(lǐng)域如開關(guān)、傳感器、密封器件等需要橡膠制品具有抗靜電、導(dǎo)電性或氣體阻隔性等其他性質(zhì)，石墨烯的各項優(yōu)異性能為橡膠制品滿足各類需求提供了機遇。石墨烯在橡膠復(fù)合材料中構(gòu)成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的同時也構(gòu)成了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，能大幅降低復(fù)合材料的導(dǎo)電閾值并提高其導(dǎo)電率，其中石墨烯橡膠輪胎正逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。此外，作為二維片層材料，石墨烯對氣體分子具有優(yōu)異的阻隔性，在提高橡膠復(fù)合材料氣體阻隔性方面也有潛在的應(yīng)用。 2.23 運動產(chǎn)品用石墨烯發(fā)泡材料 石墨烯材料用于運動產(chǎn)品，其質(zhì)量輕、強度高、耐磨、彈性好的特性有益于提升公司鞋產(chǎn)品的舒適度及耐用性，屬于國家積極推進發(fā)展的創(chuàng)新材料。采用石墨烯發(fā)泡材料，有助于增強運動商品公司競爭力，獲得消費者認可并形成品牌效應(yīng)。 2.24 石墨烯防滲水塑料 利用石墨烯研發(fā)防滲水塑料，外觀和觸感都與普通塑料無異，但防水的性能卻好了一百萬倍。用混合石墨烯塑料包裹的產(chǎn)品有保存 1 年的潛力，對比常規(guī)塑料 30 分鐘不到的結(jié)果好了不少。 2.25 石墨烯金屬復(fù)合材料 石墨烯在金屬基防護材料方面的應(yīng)用非?？春谩＝饘倩?fù)合材料能夠改善原有防護材料(鋼板、鋁合金、陶瓷材料)在強度、硬度、輕量化以及可加工性方面的缺陷，滿足軍備輕量化趨勢的需求。 石墨烯復(fù)合對金屬的性能提升十分明顯，石墨烯—金屬復(fù)合材料強度能在純金屬的基礎(chǔ)上提升60%到234%，在韌性、硬度、導(dǎo)熱性等方面也均有大幅度提升。以金屬鋁為例，原本其強度較差，但加入石墨烯納米片后強度大大提升，作為裝甲防護材料將兼具陶瓷的防護能力、鋁合金的密度和鋼的抗打擊能力，改變金屬鋁“羸弱”的特性，非常適合軍工器械高強度、高抗打擊、輕量化的需求。 2.26 石墨烯電纜材料 石墨烯是目前世界上電阻率最小的材料，電阻率低于目前國內(nèi)電線電纜的首選材料銅，石墨烯有可能成為電纜導(dǎo)體的替代產(chǎn)品。石墨烯復(fù)合半導(dǎo)電屏蔽料項目材料應(yīng)用于中高壓電纜后，可大幅降低電纜內(nèi)外半導(dǎo)電屏蔽層的體積電阻率、改善其熱穩(wěn)定性，提高屏蔽層對電場的均化效果，有效減少電纜運行中可能出現(xiàn)的局部放電現(xiàn)象，保障電力線路運行的安全性和可靠性，提高電纜運行壽命。 2.27 石墨烯潤滑油 通過用石墨烯對潤滑油進行改進，可以增強動力、降低油耗和汽車尾氣排放量。石墨烯通過與潤滑油一起進入發(fā)動機，經(jīng)過一系列的機械摩擦形成一個個納米小球，可在摩擦?xí)r產(chǎn)生滾珠效應(yīng)，同時能夠起到填充修復(fù)發(fā)動機摩擦副表面的作用。同時，由于石墨烯的韌性強，作為摩擦填充物，不容易被破壞和磨損，從而達到大幅度降低發(fā)動機磨損率、延長發(fā)動機使用壽命的目的。 2.28 石墨烯補強填料 石墨烯優(yōu)異的力學(xué)性能、電性能成為制備具有高性能聚合物復(fù)合材料的理想補強填料。石墨烯補強的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料比單壁碳納米補強要高31%，斷裂韌性比多壁碳納米管高53%，石墨烯在新型聚合物復(fù)合材料的制備方面，具有廣闊的應(yīng)用前景。 2.29 石墨烯航天材料 石墨烯還可作為航天材料的傳感器，對大氣層或航天器本身進行檢測。 石墨烯可以作為飛機輕型高強結(jié)構(gòu)材料。由于石墨烯具有高導(dǎo)電性、高韌度、高強度、超大比表面積等特點，在航天軍工等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。 2.30 石墨烯加熱組件 石墨烯加熱組件預(yù)計在1~2 年內(nèi)成為應(yīng)用增長點石墨烯可用于加熱組件，汽車玻璃將是重要應(yīng)用領(lǐng)域。利用導(dǎo)電特性，石墨烯可以通過涂鍍制成加熱組件。用于衣服保暖、工業(yè)溫控等。同時，也有部分企業(yè)將此功能用于汽車前后玻璃加熱用，未來將可能成為車用加熱玻璃的重要選項。 2.31 石墨烯纖維紡織物 研究人員在連續(xù)化濕法紡絲技術(shù)的基礎(chǔ)之上成功研制出了第一塊由純石墨烯纖維構(gòu)成的織物。這種石墨烯纖維無紡布具有非常好的柔性，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能分別達到28000S/m和301W/mK，而密度僅有0.22g/cm3，其比導(dǎo)電率和比導(dǎo)熱率遠遠高于已報道的碳基二維織物、薄膜材料及商業(yè)化的碳纖維紙。同商業(yè)化的電加熱元件相比，石墨烯纖維無紡布具有快速熱響應(yīng)及高工作溫度等顯著優(yōu)勢。同時，該無紡布對有機物的吸附量和吸附速度明顯優(yōu)于商業(yè)化的吸油氈。基于以上優(yōu)異性能，石墨烯纖維無紡布可被用作能源領(lǐng)域的電極材料、快速高效的電熱織物以及吸附有機物的吸油紙。 2.32石墨烯飛機 石墨烯這種新材料在熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)等方面表現(xiàn)出來的特性，讓航空航天和汽車領(lǐng)域的研究者為之一振。它可以作為一種納米的添加劑，在提高熱固性塑料和熱塑性塑料的機械強度的同時，還能減輕材料的重量。如果近一步優(yōu)化，還可以在普通的塑料中增加熱、電相關(guān)的特點，讓一個單一功能的材料，變成多功能的材料。 在航天領(lǐng)域，石墨烯潛力巨大。使用石墨烯之后，可以讓無人機機翼兼顧高強度和低重量，在耐沖擊方面，石墨烯機翼比碳纖維機翼要強60%。 2.33 石墨烯高導(dǎo)電復(fù)合膜 石墨烯高導(dǎo)電復(fù)合膜可以應(yīng)用于航空器除冰、電磁屏蔽和非金屬導(dǎo)電電極、柔性發(fā)熱材料等多個領(lǐng)域，特別是應(yīng)用于石墨烯發(fā)熱可穿戴產(chǎn)品中，解決困擾現(xiàn)有發(fā)熱材料的舒適性、貼服性、統(tǒng)一性的問題。因此，該石墨烯高導(dǎo)電復(fù)合材料的推出，在技術(shù)性能指標(biāo)上取得很好的優(yōu)勢，將進一步推動石墨烯材料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，市場前景巨大。 2.34 石墨烯剎車片 將人造石墨烯通過混合、壓制、燒結(jié)、熱處理、增強處理、機械加工等工序，最終就完成石墨烯汽車剎車片的生產(chǎn)。 石墨烯剎車片剎車時耐高溫度是傳統(tǒng)剎車片的13倍，撞擊強度是傳統(tǒng)剎車片的4倍，耐磨損是傳統(tǒng)剎車片的6倍，耐酸堿是傳統(tǒng)剎車片的15倍。 2.35 石墨烯3D打印原料 在3D打印常規(guī)使用的聚合物材料中加入石墨烯，在很多方面改變了聚合物的性能，它提高了聚合物的機械強度以及其導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。 2.36 石墨烯柔性顯示設(shè)備 與傳統(tǒng)的顯示屏導(dǎo)體材料相比，石墨烯性能更為優(yōu)異，石墨烯的柔性特性更能增加觸摸屏的使用壽命，隨著柔性顯示技術(shù)的推進，石墨烯膜在液晶顯示屏和可穿戴設(shè)備市場中有望迎來廣泛的應(yīng)用前景。 石墨烯具有高透光性、強韌性和優(yōu)異的導(dǎo)電性能，是新型透明導(dǎo)電膜最理想的材料，且其柔性好，易于彎曲，是新型透明導(dǎo)電膜最理想的替代材料。 2.37 石墨烯納米銀線復(fù)合柔性透明導(dǎo)電膜 石墨烯納米銀線復(fù)合產(chǎn)品具有較小的彎曲半徑，且在彎曲時電阻變化率較小，可以更好地延伸，同時具備更高的透光率。應(yīng)用在曲面顯示設(shè)備時具有明顯優(yōu)勢。 2.38 石墨烯觸控產(chǎn)品 石墨烯觸控產(chǎn)品將廣泛用于各類交互顯示場景，以取代機械式的按鈕面板。石墨烯觸控屏的性能出色，且具有柔韌和寬溫度適應(yīng)性兩大特點。當(dāng)前國內(nèi)外均已有石墨烯觸控屏研發(fā)成功并投產(chǎn)，韓國三星公司和成均館大學(xué)在研究制造了63厘米寬的純石墨烯，并用該石墨烯制造了柔性觸控屏；國內(nèi)二維碳素、第六元素均已經(jīng)有傳感器、觸控組件量產(chǎn)；重慶墨?？萍加邢薰九c嘉樂派科技有限公司發(fā)布了石墨烯手機。 2.39 石墨烯智能可穿戴設(shè)備 石墨烯具備透明、柔韌，導(dǎo)電性能高，可以任意變化，應(yīng)用于穿戴設(shè)備能更好適配人體，實現(xiàn)消費突破。當(dāng)前，技術(shù)上石墨烯柔性屏幕已經(jīng)獲得突破，如電子皮膚的研發(fā)成功，實現(xiàn)了可以任意彎曲與變形，仿人類觸覺感知的功能，未來會更好地適配可穿戴設(shè)備。 近些年，隨著全球電子設(shè)備產(chǎn)銷量的逐步提升，特別是智能手機、電腦、車載顯示、可穿戴設(shè)備等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，石墨烯憑借其可彎曲、高導(dǎo)電、高透光率等優(yōu)異特性，在可穿戴設(shè)備等新興領(lǐng)域?qū)哂锌焖偻茝V的潛力。 2.40 石墨烯芯片 石墨烯芯片相比于硅芯片，性能極大提升?？茖W(xué)家認為，利用石墨烯制造晶體管，有可能最終替代現(xiàn)有的硅材料，成為未來的超高速計算機的基礎(chǔ)，石墨烯晶體管的尺寸越小，其性能越好。 用石墨烯制造的集成電路小尺寸下性能穩(wěn)定，主頻高且發(fā)熱量小，數(shù)據(jù)傳輸速度更快，將使更快的計算能力變?yōu)楝F(xiàn)實。這不僅能夠推動芯片行業(yè)的進步，還能夠推動人工智能和認知計算的發(fā)展。在未來，石墨烯芯片這項技術(shù)或許會為芯片及相關(guān)行業(yè)帶來一場革命性的改變 2.41 石墨烯自旋電子電路開關(guān) 石墨烯具有自旋過濾，使獲取高度自旋極化的載流子成為可能。這種原理就和過濾器一樣，只允許某一種自旋方向的電子通過，阻礙另一種自旋方向的電子，這樣可以使電子的“上”和“下”旋可以被區(qū)分開來，從而形成了數(shù)字邏輯中的“0”和“1”，實現(xiàn)了電路的開關(guān)功能。 2.42 石墨烯單原子磁體存儲設(shè)備 瑞士洛桑理工學(xué)院的物理學(xué)家用單個原子磁體在石墨烯上鋪裝成超級晶格結(jié)構(gòu)，成功研制出基于單原子的存儲裝置原型。該裝置數(shù)據(jù)存儲密度達到每平方英寸115 TB，預(yù)示著新一代存儲介質(zhì)即將到來。 2.43 石墨烯OLED電極 德國弗勞恩霍夫研究所和德累斯頓的電子束激光技術(shù)，首次成功制備了OLED石墨烯電極。該電極中心面積為2cm1cm，未來有望應(yīng)用于其他領(lǐng)域，兩三年之內(nèi)第一批OLED石墨烯基電極產(chǎn)品將被生產(chǎn)出來并投入應(yīng)用。 2.44 石墨烯相機感光元件 石墨烯是一種高度敏感而且可以讓大多數(shù)光透過的材料，石墨烯感光探測器可以吸收盡可能多的光來構(gòu)建更清晰的圖像，并且不用犧牲圖像的清晰度。 根據(jù)諾基亞官方消息，有兩款諾基亞高端安卓手機正在研發(fā)，分別是諾基亞C1和諾基亞P1。它們最大的亮點是相機感光元件或采用石墨烯材料，屏幕分別是5.2英寸和5.5英寸，搭載Android 7.0系統(tǒng)，都將配備2K分辨率的AMOLED面板，采用金屬機身設(shè)計和諾基亞的風(fēng)格。 2.45 表面等離子共振石墨烯光電器件 在P型氮化鎵表面放置石墨烯可制成直接發(fā)光的二極管，正向和反向通電下均可發(fā)光。在氮化鎵表面旋涂一層銀納米顆粒，然后再放置一層石墨烯，利用銀納米顆粒的等離子場增強效應(yīng)可將器件發(fā)光亮度提高一倍以上，當(dāng)石墨烯接正壓時，器件發(fā)出565nm附近的黃綠光；當(dāng)石墨烯接負電壓時，器件發(fā)出395nm附近的純凈藍光。 在石墨烯異質(zhì)器件表面簡單旋涂一層金納米顆粒后，利用等離子體共振聚焦太陽能光場在石墨烯表面，將太陽能電池的效率提升了30%，進一步優(yōu)化后可將效率提升到16.2%，并且器件保持100小時光照后效率也沒有下降。 2.46 石墨烯光電探測器 在光電子領(lǐng)域，石墨烯這種無能隙存在的結(jié)構(gòu)正吸引眾多研究人員的注意，這一特點在光電檢測器領(lǐng)域內(nèi)尤為突出，石墨烯使得更高效率的近太赫茲光電檢測器成為可能。 　　新型石墨烯光電探測器可以檢測到比現(xiàn)有光電檢測器檢測能級還小十萬倍的光能。 2.47 石墨烯激光器 新型石墨烯基超晶格材料可以在可見到近紅外波段較寬的波長范圍激發(fā)出表面等離子體，光激發(fā)該超晶格材料可以得到波長可調(diào)的拉曼納米激光。該拉曼納米激光具有無閾值、可室溫操作、激光波長可調(diào)、激光波長覆蓋范圍廣—從可見光到近紅外光的波段等特點，有希望在納米光技術(shù)上如生物醫(yī)學(xué)成像等方面取得應(yīng)用上的新突破。 2.48 新型石墨烯深紫外光電探測器 深紫外光電探測器在軍事上具有紅外光電探測器不可替代的優(yōu)勢，尤其在紫外通信、導(dǎo)彈預(yù)警與追蹤、電子對抗等領(lǐng)域。將透光性好，電子遷移率高的電子材料石墨烯和高質(zhì)量的β-Ga2O3單晶片引入到深紫外光電探測器的結(jié)構(gòu)中，得到結(jié)構(gòu)簡單、成本低、但探測率高和穩(wěn)定性好的深紫外光電探測器，光譜分析結(jié)果顯示，該深紫外光電探測器具有非常強的光譜選擇性，在深紫外區(qū)域響應(yīng)非常明顯，這些優(yōu)異的特性使得深紫外光電探測器在光電系統(tǒng)中具有重要潛在的應(yīng)用。 2.49 石墨烯光調(diào)制器 石墨烯已經(jīng)證明了顯著的光學(xué)性質(zhì)，包括由精細結(jié)構(gòu)常數(shù)和可門控可調(diào)內(nèi)源等離子體限定的視覺透明度。最近，石墨烯已經(jīng)與其他2D材料例如六方氮化硼(hBN)結(jié)合以形成用于開發(fā)LED的結(jié)構(gòu)。 結(jié)合石墨烯、六方氮化硼和納米級金光柵，可以創(chuàng)建一類新的光調(diào)制器。使用光而不是電信號，允許這些電路的尺寸的顯著減小，這為制備更快的電路鋪平了道路。 2.50 石墨烯靜電揚聲器 靜電揚聲器是一種通過振膜在靜電力作用下作前后振動來發(fā)聲的揚聲器。它的振膜質(zhì)量極輕，因而解析力極佳，能捕捉音樂信號中極為細微的變化，充分表現(xiàn)音樂的神韻。應(yīng)用于汽車、飛機、公司、休閑場館、零售店、劇院、會議室、戶外和室內(nèi)的音樂會、俱樂部和展覽會等眾多領(lǐng)域。 采用石墨烯樹脂復(fù)合材料研發(fā)出的石墨烯靜電揚聲器，和金屬復(fù)合樹脂膜相比，石墨烯靜電振膜工藝更簡單、成本低廉、壽命更長、不易氧化、柔性好、透明度好、音域更寬、能夠表現(xiàn)金屬樹脂復(fù)合所沒有的中低音。 2.51 新型石墨烯振膜發(fā)音單元 有科學(xué)家做出了石墨烯振膜的發(fā)聲單元，聲音效果非常理想，輕且能耗很低，基于這項科研技術(shù)，可讓使用電池驅(qū)動的便攜式無線振膜耳機續(xù)航延長50%，推出采用石墨烯振膜發(fā)聲單元的便攜式無線耳機。 石墨烯比一般的振膜輕很多，會很快回彈到原始的位置，在設(shè)計時就幾乎不用考慮到能量的損耗。而傳統(tǒng)的揚聲器做不到這一點，需要使用更多的電力來驅(qū)動。另外，這項優(yōu)點還能夠改善頻響曲線，達到更佳的音質(zhì)，可以有效地提升便攜式耳機的電池播放時間。 2.52 石墨烯超聲波麥克風(fēng) 用石墨烯制成的新式超聲波麥克風(fēng)可以接收人類聽覺以外的聲波信號，用石墨烯來替代傳統(tǒng)的聚合物制成的麥克風(fēng)振膜。研究者使用這個石墨烯增強的麥克風(fēng)，制成了可用于接收超聲波無線電的設(shè)備，例如海豚、蝙蝠的超聲波信號。 單層原子厚的石墨烯很薄，重量輕，強度好，因此它對振動極為敏感?；谑┲瞥傻柠溈孙L(fēng)的聽覺范圍除了能覆蓋人類的聽覺范圍（從20Hz到20kHz），還能檢測到高達500kHz頻率的聲音，然而一只蝙蝠的聽力范圍只在 9kHz-200kHz。無論從自然科學(xué)、軍事、還是民用等領(lǐng)域來看，石墨烯麥克風(fēng)都有巨大的潛力。 2.53 石墨烯電子流態(tài)控制設(shè)備 美國賓西法尼亞州州立大學(xué)材料研究學(xué)院研制出一種基于雙層石墨烯的設(shè)備，該設(shè)備不僅提供了電子動量控制的實驗證據(jù)，更重要的是由于比互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）晶體管需要最少的能量，散發(fā)更小的熱量，因此可能為電子學(xué)開創(chuàng)一個新的分支。 在雙層石墨烯薄層的上下輸入一對格柵，然后添加了一個與平面垂直的電場。通過在一側(cè)施加正電壓，在另一側(cè)施加負電壓，可在雙層石墨烯中打開一個雙層石墨烯通常不存在的能帶隙，在雙層石墨烯中間、兩側(cè)之間留出一個大約70納米的物理間隙，從而控制電子流態(tài)。 2.54 石墨烯制備承受強電流材料 最新實驗表明，石墨烯可承受極強電流的通過。這可使得失調(diào)電荷快速平衡。石墨烯再次證明了其神奇之處。 　　一個由維也納工業(yè)大學(xué)應(yīng)用物理研究所領(lǐng)導(dǎo)的國際研究小組，進行了一項實驗，證明了石墨烯中的電子流動性極強，反應(yīng)速度極快。將氙離子和石墨烯薄膜上的超高電荷相碰撞，可以將石墨烯上極為精確的某點上的電子大量脫離。然而，在幾飛秒之內(nèi)，石墨烯就可實現(xiàn)對電子快速再補給。這將導(dǎo)致正常情況下不可能持續(xù)的超強電流的出現(xiàn)。這種非比尋常的電子屬性使得石墨烯成為電子領(lǐng)域未來應(yīng)用的強有力的備選材料。 2.55 石墨烯電磁屏蔽材料 隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的快速發(fā)展，人類已經(jīng)進入了電子信息化時代，越來越多的電子和電器設(shè)備已經(jīng)進入社會的各個角落，但是這些電子電器設(shè)備在運行過程中會產(chǎn)生一定的電磁波，不僅會對周邊的電子電器設(shè)備產(chǎn)生一定的電磁干擾，同時也會對人類的身體產(chǎn)生一定的電磁輻射危害。 為了有效地抑制電磁干擾和電磁輻射危害，電磁屏蔽材料的研究顯得尤為重要。寧波材料所高分子團隊一直致力于高效電磁屏蔽材料的開發(fā)，前期已經(jīng)在石墨烯基電磁屏蔽材料的制備以及性能研究方面取得一系列進展。近期，該團隊又在石墨烯基電磁屏蔽材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能研究方面取得重要進展。 2.56 石墨烯近場通信天線 NFC技術(shù)，是保證兩個設(shè)備之間相互傳輸數(shù)據(jù)的一組通信協(xié)議。NFC 最大的特點就是：它可以在近距離內(nèi)（一般5厘米內(nèi)）無線地傳輸少量數(shù)據(jù)。在這樣近的傳輸距離內(nèi)，數(shù)據(jù)會更加安全，不容易遭受竊取。目前，這項技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域包括庫存、資產(chǎn)、人員、動物的跟蹤和管理、非接觸式支付系統(tǒng)，安全卡和社交網(wǎng)絡(luò)。 石墨烯旗艦項目的意大利合作伙伴 CNR-ISOF 的研究顯示，石墨烯可用于制造完全柔性的天線。Graphene Flagship 將材料特性、計算機建模和器件工藝相結(jié)合，設(shè)計了這種天線。它可以利用例如手機之類的近場通信設(shè)備交換信息，并且匹配傳統(tǒng)金屬天線的功能?；谑┑腘FC天線是化學(xué)惰性的、抗幾千次彎曲、并且可以放置在不同標(biāo)準(zhǔn)的柔性基底和絲線上。 2.57 石墨烯諧振器 石墨烯具有很強的導(dǎo)電性，表現(xiàn)出很高的金屬導(dǎo)電率，即使沒有載流子的限制，Johnson噪聲也很低，熱交換引起的附加（1/f）噪聲維持在很低的水平。這些特點無疑使石墨烯成為制作諧振器諧振梁的理想材料，可以用于微質(zhì)量、壓力、分子、DNA 的檢測，非常適用于細胞吸附和環(huán)境變化監(jiān)測，為高靈敏度、小體積和共振頻率高的諧振器的研究與應(yīng)用提供了可能。將石墨烯進行化學(xué)生物修飾，使其對某一氣體或生物分子具有特異敏感特性，則可以實現(xiàn)對該氣體或生物分子的快速定向檢測，能夠快速重復(fù)地特異性檢測有毒化學(xué)氣體。 2.58 石墨烯壓力觸控傳感器 2016年iPhone 6s發(fā)布，3D-touch成為了手機界的熱點，3D Touch觸控技術(shù)是指屏幕可感應(yīng)不同的感壓力度觸控從而給出更豐富的功能。 石墨烯壓力觸控傳感器以其超小型結(jié)構(gòu)，以單點，兩點，四點分布式安裝模式，分別實現(xiàn)單點、分區(qū)兩點、觸覺反饋功能，具有超高靈敏性，感應(yīng)度可覆蓋10毫克到5公斤的按壓強度。該傳感器可實現(xiàn)多級按壓感應(yīng)、輕按、輕擊、指甲敲擊、殼體振動等多項功能；可適用于多級按壓菜單選擇、多種游戲操作體檢、真實壓力筆跡、壓力密碼、取代邊框按鍵等各種場景應(yīng)用環(huán)境，為軟件硬件設(shè)計提供了充分的想象空間；現(xiàn)已通過了超過50萬次以上的疲勞按壓、高溫高濕、高低溫循環(huán)沖擊等各種可靠性測試；同時也兼具使用方便、體積小、經(jīng)濟適用、易于安裝集成等優(yōu)勢，未來將會向醫(yī)藥、醫(yī)療以及環(huán)保等多重應(yīng)用領(lǐng)域推廣。 2.59 石墨烯應(yīng)力傳感器 石墨烯適用于制作高靈敏度應(yīng)力傳感器。石墨烯不但具有納米尺寸，而且還具備準(zhǔn)連續(xù)特點，這種準(zhǔn)連續(xù)的納米石墨烯薄膜可轉(zhuǎn)移到柔性襯底上，制作柔性、透明的高靈敏度應(yīng)力傳感器，進而應(yīng)用于人造電子皮膚等領(lǐng)域。并且由于石墨烯傳感器穩(wěn)定性強、體積小，制成的石墨烯電子皮膚厚度小，可被黏在手指上檢測關(guān)節(jié)活動；諾基亞和中科院物理所等均已宣布在石墨烯電子皮膚中取得進展；應(yīng)力測量范圍超過30%，靈敏因子提高到500 以上。 2.60 石墨烯化學(xué)傳感器 石墨烯可以在硅支架上延展，插入到兩個獨立的液體庫之間。當(dāng)流體槽存在電壓時將推動離子通過石墨薄層。當(dāng)石墨薄層被鉆上納米小孔時，電壓使粒子流通過孔隙，并顯示電子流信號。雖然離子和水不能流過石墨烯，但石墨烯薄膜能夠?qū)⒉煌碾x子和其他的化合物吸引到其兩個接近程度達到原子級的表面，從而改變石墨烯電傳導(dǎo)，用于化學(xué)傳感。 2.61 石墨烯生物傳感器 石墨烯是生物傳感器的優(yōu)良材料。石墨烯具有優(yōu)良的電子、光學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)和機械性質(zhì)，使其具有構(gòu)筑探針分子和信號傳遞并放大的三重作用，成為應(yīng)用于超靈敏生物傳感器的理想材料?？焖俚碾娮觽鬟f和可多重修飾的化學(xué)性質(zhì)使其能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確而高選擇性的生物分子檢測。石墨烯及其復(fù)合材料越來越多地被應(yīng)用到生物傳感器的制備中。石墨烯用于生物傳感器領(lǐng)域研究的重點集中在以下兩個方面：一是石墨烯電化學(xué)生物傳感器，涉及酶傳感器（用于檢測過氧化氫、葡萄糖、抗壞血酸、多巴胺、尿酸等）、免疫傳感器（用于檢測病毒、細菌、癌癥標(biāo)記物等）、DNA傳感器、蛋白質(zhì)傳感器等；二是石墨烯光學(xué)生物傳感器，包括熒光傳感器和基于共振能量轉(zhuǎn)移傳感器。 石墨烯基的生物傳感器包括電流型傳感器、電阻型傳感器、場效應(yīng)晶體管傳感器、FRET傳感器等。通過石墨烯豐富的表面官能團修飾目標(biāo)分子，既能快速傳遞電子，又能實現(xiàn)生物分子的選擇性檢測。 2.62 石墨烯血液分析傳感器 用石墨烯制作的血液分析傳感器可用于在血液測試中，盡量減少病人是需要給予的血量。通過化學(xué)修飾石墨烯，可以開發(fā)高靈敏度的石墨烯傳感器，只需要很小的血量就能檢測各種成分。 2.63 石墨烯氣體傳感器 石墨烯用作氣體傳感器的另一個重要原因是其獨特的電子結(jié)構(gòu)，某些氣體分子的吸附能誘導(dǎo)石墨烯的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使其導(dǎo)電性能快速地發(fā)生很大的變化，利用這個原理可以實現(xiàn)對氣體單分子(N02、NH3、H2O和CO等)的檢測。 2.64 石墨烯電化學(xué)分析 以化學(xué)還原的石墨烯氧化物修飾的玻璃碳電極作為新的電極體系，提出了電化學(xué)傳感的新型實驗平臺。石墨烯氧化物修飾電極上細胞色素C、肌紅蛋白和辣根過氧化物酶（HRP）等3種金屬蛋白的直接電化學(xué)行為，發(fā)現(xiàn)石墨烯可促進其電子轉(zhuǎn)移動力學(xué)，而且其生物活性幾乎不受影響。 氧化石墨烯表面的缺陷和含氧基團具有化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)活性，可化學(xué)鍵合固定生物大分子用于研制生物傳感器?；谑┎牧系姆枪矁r固定法用于生物傳感研究也有很多例子；免疫傳感是生物親和傳感的重要類別，在生物分析中占有重要地位；氧化石墨烯材料研制了三明治型免疫傳感器，該傳感器優(yōu)異的性能是因為石墨烯具有快速的電子轉(zhuǎn)移速度和大的比表面積。 2.65 石墨烯基因測序 研究人員在石墨烯上鉆出納米孔，通過檢測孔隙的離子交換證實長DNA分子能像線穿過針眼一樣地通過石墨烯納米孔。石墨烯上的納米孔是第一個小到足以分辨兩個近鄰核苷堿基對的納米孔。 通過檢測穿過石墨烯納米孔的離子流，流體中石墨烯的厚度少于1nm，比分離單個動物或人類細胞的薄膜還要薄數(shù)倍，石墨烯是當(dāng)今世界上可用于流體槽分離的最薄的膜。 2.66 石墨烯量子點成像 n石墨烯量子點突出性能，將打開生物醫(yī)學(xué)新應(yīng)用。物理學(xué)上，將三維尺度局限在1-100nm，并具有顯著的量子限域效應(yīng)和尺寸效應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)稱之為量子點，比如硅量子點、碳量子點以及新興的石墨稀量子點。與常用于細胞標(biāo)記、染色的有機突光染料相比，量子點具有突光強度高、穩(wěn)定性好、性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)良的光學(xué)特性。并且石墨稀量子點的生物相容性良好，具有良好的光學(xué)性質(zhì)，例如，石墨烯量子點在生物成像中，具比有熒光更穩(wěn)定，不會出現(xiàn)光漂白和不易光衰等特點。所以，其可以廣泛用于細胞成像、納米藥物運輸系統(tǒng)、生物檢測、生物成像、腫瘤治療、生物傳感器等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究。 2.67 石墨烯心腦血管成像 石墨烯在直觀繪制液體中的弱電場時，它可以用作一種異常敏感的照相系統(tǒng)的膠片，研究者期待這種新方法運用于人類心腦血管電學(xué)信號網(wǎng)絡(luò)的可視研究，并提供更豐富、更精細的成像。這種直觀繪制極弱電場強度及運動的能力同樣可以運用于被稱為微縮芯片實驗室的發(fā)展。這種設(shè)備使用微芯片裝備上極為少量的液體來進行醫(yī)學(xué)研究，比如診斷疾病或助力藥品發(fā)展，或自動操作其他一系列的生物化學(xué)分析。這個設(shè)備還擁有巨大潛力，可運用于特殊化學(xué)物質(zhì)的檢測滯留，以及光電子學(xué)的研究發(fā)展。 研究者表示，石墨烯用于心腦血管成像可以更為輕松地測量單個細胞的電脈沖在包含100個以上活細胞的細胞網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳播。 2.68 石墨烯造影劑 去醫(yī)院拍過X光片、做過磁共振成像的人應(yīng)該知道，在做這些檢查之前，患者需要服用造影劑（顯影劑），輔助圖像的顯示。造影劑的劑量是一個微妙的問題，醫(yī)生一方面需要足夠的造影劑達到一定的顯示效果，另一方面，還要考慮造影劑對人體的毒性。 萊斯大學(xué)的研究者研制出了不含任何金屬的石墨烯基顯影劑。不含有金屬元素并不是重點，重點是在經(jīng)過試驗后，研究者發(fā)現(xiàn)，這種新型顯影劑完全沒有任何毒性跡象。在石墨烯和石墨中引入氟元素，可以得到更清晰的磁共振圖像。 2.69 石墨烯藥物載體 由于石墨烯具有單原子層結(jié)構(gòu)，其比表面積很大，且由于其良好的生物相容性，非常適合用作藥物載體。美國科學(xué)家首先制備了聚乙二醇功能化的石墨烯，使石墨烯具有很好的水溶性，并且能夠在血漿等生理環(huán)境下保持穩(wěn)定分散，然后利用π-π相互作用首次成功地將抗腫瘤藥物喜樹堿衍生物(SN38)負載到石墨烯上，開啟了石墨烯在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用研究．中國科學(xué)家等利用氫鍵作用，以可溶性石墨烯作為藥物載體，實現(xiàn)了抗腫瘤藥物在石墨烯上的高效負載．由于石墨烯具有很高的比表面積，阿霉素在石墨烯上的負載量可達2.35 g，遠遠高于其它的藥物載體。 2.70 石墨烯治療糖尿病等慢性病 韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）納米顆粒研究中心的研究人員制造出一種基于石墨烯的糖尿病補片，它通過使用人汗液而允許準(zhǔn)確地監(jiān)控糖尿病和反饋治療結(jié)果。研究人員通過將電化學(xué)活性的柔軟功能性材料整合在摻金石墨烯和蛇形金絲網(wǎng)的混雜物上而改善這種生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的檢測能力。正如基于酶的葡萄糖傳感器受到pH值和溫度的影響，這種設(shè)備的pH值和溫度監(jiān)控功能能夠系統(tǒng)性地校正汗液葡萄糖測量值。 基于石墨烯的可穿戴設(shè)備不僅能夠監(jiān)測汗液葡萄糖水平和pH值，而且也可通過溫度反應(yīng)性微針控制藥物經(jīng)皮給藥。準(zhǔn)確的汗液葡萄糖測量值被用來估計病人血液中的葡萄糖水平。在多次使用后，這種設(shè)備仍然保持它的初始靈敏度，因而允許多次治療。將這種設(shè)備連接到便攜式/無線的電源和數(shù)據(jù)傳輸單位，從而能夠即時治療糖尿病。 2.71 石墨烯區(qū)分普通細胞與癌細胞 細胞和石墨烯發(fā)生相互作用后，能夠通過拉曼成像技術(shù)區(qū)分出活躍的癌細胞和普通的細胞，這使得石墨烯有望用于癌癥的檢測。正常細胞和癌細胞在與石墨烯進行相互作用時，在石墨烯晶格中所產(chǎn)生的原子振動的能量并不同，所以在拉曼成像下會顯示出不同的情況，由此可以辨別是否有癌細胞。 此外，石墨烯細胞檢測技術(shù)也可以在細菌中使用這項技術(shù)，來快速檢查菌中是革蘭氏陽性還是革蘭氏陰性。 2.72 石墨烯醫(yī)學(xué)抗菌 氧化石墨烯是一種能夠破壞細胞膜的物質(zhì)。它破壞細菌真菌的辦法主要是依靠石墨烯的切割效果，它像刀一樣鋒利可以輕松的破壞細胞，使細胞內(nèi)的物質(zhì)泄漏，導(dǎo)致細胞死亡。同時它還有幾個優(yōu)點，成本低，容易大規(guī)模生產(chǎn)，對環(huán)境沒有污染。 這個方法相比之前的消毒有很多的優(yōu)點，價格上相對便宜，通過物理切割的方式殺死病菌，使用石墨烯這種物理方法的滅菌藥劑，將不必再擔(dān)心用抗生素會產(chǎn)生的“超級細菌”。使用這種方式消毒的物品，在反復(fù)使用的過程中，也不會在人體殘留，這樣對人體的危害大大減輕。對于免疫功能下降的患者來說，具有重大意義。 2.73 石墨烯治療細菌感染 中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所利用透明質(zhì)酸包裹的石墨烯/介孔二氧化硅納米片層（GS）作為納米載體，鐵磁納米粒子（MNPs）作為催化劑，構(gòu)建一種具有靶向性且能“按需”釋放前藥抗壞血酸（AA）的載藥體系A(chǔ)A@GS@HA-MNPs來治療細菌感染。當(dāng)載藥納米粒子到達感染位點后，包裹的透明質(zhì)酸被目標(biāo)細菌所分泌的透明質(zhì)酸酶降解，裝載的AA逐漸釋放，然后被粘附在細菌膜表面的MNPs催化產(chǎn)生高毒性的OH。由于石墨烯具有優(yōu)異的光熱性質(zhì)，該體系可以實現(xiàn)化療/光熱協(xié)同抗菌作用。 該抗菌體系還擁有廣譜性的抗菌性能，無論是對革蘭氏陽性菌（如金黃色葡萄球菌）還是革蘭氏陰性菌（如大腸桿菌）都具有高效的殺傷能力。另外，由于被膜成分可被?OH降解，該抗菌體系還能有效地分散頑固的生物被膜，并殺死受其保護的細菌。 2.74 石墨烯治療受損肌肉 根據(jù)伊朗國家納米技術(shù)振興委員會的報道，研究人員使用聚合物納米纖維和石墨烯合成，用于修復(fù)受損肌肉組織的支架。該實驗室制作的支架，可以在實際治療中用于修復(fù)受損的肌肉組織。 由于石墨烯性能較好，可以使用更少的添加劑，更少的材料，石墨烯用于提高機械性能和導(dǎo)電性能，還能提高聚苯胺的生物相容性。 　　石墨烯薄片的加入，增加了支架的導(dǎo)電性能，促進了細胞的分化。另外試驗中也觀察到，使用石墨烯和氧化石墨烯納米片時，細胞會有不同的行為?，F(xiàn)在研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表到了生物醫(yī)學(xué)工程材料上。 2.75 石墨烯泡沫促使器官再生 　　美國科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯泡沫能為肌管生長提供三維平臺，通過研究石墨烯泡沫在肌肉組織中的應(yīng)用，表明石墨烯泡沫非常適宜作為生長官能肌肉組織的支架材料。 2.76 石墨烯醫(yī)療穿戴設(shè)備 n 石墨烯具有快速導(dǎo)熱的獨特屬性，在加熱保暖領(lǐng)域優(yōu)勢明顯，且石墨烯在發(fā)熱過程中產(chǎn)生的8~14微米遠紅外線是最適合人體健康的波段，能與生物體內(nèi)細胞的水分子產(chǎn)生最有效的“共振”，促進生物生長和血液循環(huán)，強化各組織之間的新陳代謝和增加再生能力，提高機體的免疫能力，從而起到醫(yī)療保健作用，因此近兩年加入石墨烯加熱膜的智能內(nèi)暖服飾受到追捧。 例如石墨烯遠紅外智能艾灸理療服，利用石墨烯發(fā)熱膜的遠紅外波段與人體自身的遠紅外波段高匹配度的特點，結(jié)合傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的艾灸原理，實現(xiàn)保暖治病。石墨烯理療貼內(nèi)含石墨烯發(fā)熱膜一片，可以貼在理療服內(nèi)襯的各個部位進行發(fā)熱，其內(nèi)的碳原子產(chǎn)生的熱能3秒內(nèi)迅速升溫，可加熱至20℃至60℃，通過控制盒自由調(diào)節(jié)溫溫度，USB 循環(huán)充電長期使用，結(jié)合石墨烯理療專用艾灸包將達到更好的效果，安全智能。 2.77 石墨烯中醫(yī)診脈手環(huán) 常州二維碳素科技股份有限公司首批1000只中醫(yī)診脈手環(huán)8月26日下線。中醫(yī)診脈手環(huán)的核心是使用石墨烯電路制作的柔性診脈傳感器。該診脈手環(huán)通過軟件與手機相連，可實現(xiàn)長時間實時監(jiān)測和遠程診療。 診脈手環(huán)里的核心部件就是石墨烯壓力觸控傳感器，具有超高靈敏性，同時也兼具使用方便、體積小、經(jīng)濟適用、易于安裝集成等優(yōu)勢。目前已通過了超過50萬次以上的疲勞按壓、高溫高濕、高低溫循環(huán)沖擊等各種可靠性測試。石墨烯壓力觸控技術(shù)加上大數(shù)據(jù)計算，使原來封閉的中醫(yī)診脈變得標(biāo)準(zhǔn)化、大數(shù)據(jù)化。目前，二維碳素聯(lián)合下游企業(yè)，已經(jīng)形成完整的診脈數(shù)據(jù)采集、濾波算法、后臺中醫(yī)數(shù)據(jù)庫、人工智能深度學(xué)習(xí)算法一整套產(chǎn)品體系，完美呈現(xiàn)了人體脈搏的波形，有望成為中醫(yī)輔助診療的革命性產(chǎn)品。據(jù)悉，這款中醫(yī)診脈手環(huán)現(xiàn)已在香港的一些醫(yī)院臨床試用，不久將全面推向市場。 2.78 石墨烯水凝膠　 新型石墨烯導(dǎo)電水凝膠集合了力學(xué)性能、導(dǎo)電性、自粘附、自修復(fù)性能和生物相容性為一體。與商用電極相比，石墨烯導(dǎo)電水凝膠可以多次粘附，從而多次收集可靠的、穩(wěn)定的信號。另外，石墨烯水凝膠還可以作為生物電子器件植入體內(nèi)研究活體組織行為。 2.79 可控溫的石墨烯發(fā)熱墻紙 石墨烯在民用取暖設(shè)備中的應(yīng)用剛剛興起。其中較為引人注意的是石墨烯發(fā)熱墻紙。把取暖器做到只有0.5cm厚的墻紙中，將傳統(tǒng)笨重的機身變成簡約、新穎的家飾，開啟智能家居新時代。石墨烯墨墻紙加上電極制備成石墨烯加熱膜，主通過石墨烯薄膜形成的均勻的電阻層，在220V電壓的加熱下，實現(xiàn)薄膜的加熱，石墨烯膜主要通過釋放遠紅外線，實現(xiàn)對空間的加熱。 石墨烯發(fā)熱墻紙主要有三層材料組合而成，其分別是：保溫層、發(fā)熱膜、墻紙，同時外置智能溫控設(shè)備，可實現(xiàn)APP遠程遙控。其獨特的制熱原理以及革命性的超薄厚度，這讓它有以下優(yōu)點： ①安全阻燃。石墨烯取暖器融入墻紙內(nèi)部，表面溫度不超過55℃，徹底祛除高溫燙傷安全隱患，防漏電。保溫板采用耐燃性建筑材料，墻紙本身具備極強阻燃性，采用高溫阻燃發(fā)熱墻布生產(chǎn)工藝，滿足國家安全性能指標(biāo)，安全可靠。 ②高效節(jié)能。超強導(dǎo)熱性的石墨烯發(fā)熱源，發(fā)熱快，效率高，制熱均勻，1分鐘即刻散熱。超導(dǎo)熱料，電熱轉(zhuǎn)化率99.5%以上，比傳統(tǒng)取暖材料電能轉(zhuǎn)化提高45%,超級省點，只需空調(diào)1/3能耗。 ③時尚多樣。是取暖器，也是百變時尚墻紙。取暖器僅0.5cm厚度，無縫粘合墻紙。墻紙?zhí)峁┒喾N花色和紋理，時尚個性，滿足不同家庭的裝修需求。 ④健康理療。輻射式散熱方式，超靜音運行，杜絕空氣干燥。因石墨烯特有屬性，可輻射出8-15um遠紅外光波，其與人體所輻射的遠紅外光波相近，在醫(yī)學(xué)上被稱之為“生命光波”，可促進細胞活性和新陳代謝，具備紅外保健和健康理療作用。 ⑤耐熱防潮。墻紙可耐90℃以上高溫，高強度不變形。南方地區(qū)梅雨季節(jié)空氣濕度大，使用發(fā)熱墻紙可快速蒸發(fā)室內(nèi)水分，除濕并防止衣物家居霉變，防霉防潮，預(yù)防兒童濕疹。 ⑥智能便捷。遠程手機APP智能控制溫度，通過智能溫度數(shù)據(jù)采集，建立健康檔案，自動溫度調(diào)節(jié)，省電更省心。 比起地暖的高成本，油汀的土造型，小太陽的安全隱患，石墨烯發(fā)熱墻紙的出現(xiàn)是現(xiàn)代人追求品質(zhì)生活、綠色生活的體現(xiàn)——健康、時尚、便捷、節(jié)能以及簡約的空間感。這都是石墨烯發(fā)熱墻紙所能給予的，未來