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石墨烯是什么用途_石墨烯十大用途介绍
发布时间:2021-02-27 18:38    文章作者:job竞博官网

  2005年,Geim研究组[3 J与Kim研究组H 发现,室温下石墨烯具有l0倍于商用硅片的高载流子迁移率(约10 am /Vs),并且受温度和掺杂效应的影响很小,表现出室温亚微米尺度的弹道传输特性(300 K下可达0.3 m),这是石墨烯作为纳电子器件最突出的优势,使电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管成为可能。较大的费米速度和低接触电阻则有助于进一步减小器件开关时间,超高频率的操作响应特性是石墨烯基电子器件的另一显著优势。此外,石墨烯减小到纳米尺度甚至单个苯环同样保持很好的稳定性和电学性能,使探索单电子器件成为可能。

  科学家发现,石墨烯还是目前已知导电性能最出色的材料。石墨烯的这种特性尤其适合于高频电路。高频电路是现代电子工业的领头羊,一些电子设备,例如手机,由于工程师们正在设法将越来越多的信息填充在信号中,它们被要求使用越来越高的频率,然而手机的工作频率越高,热量也越高,于是,高频的提升便受到很大的限制。由于石墨烯的出现,高频提升的发展前景似乎变得无限广阔了。这使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。研究人员甚至将石墨烯看作是硅的替代品,能用来生产未来的超级计算机。

  石墨烯还可以以光子传感器的面貌出现在更大的市场上,这种传感器是用于检测光纤中携带的信息的,现在,这个角色还在由硅担当,但硅的时代似乎就要结束。去年10月,IBM的一个研究小组首次披露了他们研制的石墨烯光电探测器,接下来人们要期待的就是基于石墨烯的太阳能电池和液晶显示屏了。因为石墨烯是透明的,用它制造的电板比其他材料具有更优良的透光性。[2]

  由于导电的石墨烯的厚度小于DNA链中相邻碱基之间的距离以及DNA四种碱基之间存在电子指纹,因此,石墨烯有望实现直接的,快速的,低成本的基因电子测序技术。[4][5]

  美国IBM 宣布,通过重叠2层相当于石墨单原子层的“石墨烯(Graphene)”,试制成功了新型晶体管,同时发现可大幅降低纳米元件特有的1/f.石墨烯,试制成功了相同的晶体管,不过与预计的相反,发现能够大幅控制噪音。通过在二层石墨烯之间生成的强电子结合,从而控制噪音。噪声。

  石墨烯还可以应用于晶体管、触摸屏、基因测序等领域,同时有望帮助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破。中国科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长,而人类细胞却不会受损。利用这一点石墨烯可以用来做绷带,食品包装甚至抗菌T恤;用石墨烯做的光电化学电池可以取代基于金属的有机发光二极管,因石墨烯还可以取代灯具的传统金属石墨电极,使之更易于回收。这种物质不仅可以用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣,甚至能让科学家梦寐以求的2.3万英里长太空电梯成为现实。

  尽管石墨烯轻如鸿毛,其强度却是同等厚度钢的100倍。它的导热性和导电性均比铜好,并且具有优良的光学和机械性能。如果能够规模化生产,石墨烯将给电子和防弹衣领域带来革命性的进步。最近,欧盟向芬兰诺基亚公司拨款13亿美元,用于石墨烯的商业化。石墨烯将给以下十个领域带来巨变有些比你想象的还要快。

  石墨烯不溶于水并且具有高导电性,与钢组合可以防止接触水并减缓氧化铁的电化学反应。纽约州立大学布法罗分校的化学家设计了含有这种奇特碳形态的聚合物涂层,他们在钢上喷涂涂层,,然后将涂层浸泡入盐水中,看看它能否保持不生锈。一个月后,化学家们惊奇地发现,钢表面没有一丝锈迹出现。通过使用这种涂料,可以使汽车一辈子不生锈。

  德克萨斯大学的研究人员将一层小于一纳米厚的石墨烯放在玻璃和两种不同类型的塑料上。接下来,通过施加交流电,这些材料就可以产生声音。石墨烯扬声器很薄,他们通过电流产生的热能而发声,而不是通过隔膜振动,因此可以做成任何形状。

  电容依靠双电层储存电能,并且迅速放电;它在电子产品中非常常见,并用于为相机闪光灯提供能量。电容可以存储大量的电能,使用多层碳原子的超级电容则可以存储更多的电能,但是单位质量的电容无法储存过多的能量,这也是电子产品需要配备电池的原因。

  石墨烯有望改变这一现状。它可以通过激光蚀刻创造更大的表面积,使石墨烯电容可以储存更多的能量,并支持更多的充放电次数。将来,石墨烯超级电容可以为电子产品甚至电动汽车提供电力。

  氧化石墨烯吸附放射性废料的能力非常强大,莱斯大学和罗蒙诺索夫莫斯科国立大学的研究人员发现,石墨烯氧化物微粒可以结合放射性污染物,并且聚集成团,非常便于后期收集。

  硅半导体芯片赋予计算机智能。它可以处理构成数字信息的基本单元的二进制代码为1s和0s。石墨烯比硅具有更好的导电性,它使用更少的电力,产生更少的热量,因此石墨烯在处理这些1s和0s极有可能比硅快得多。这意味着在不需要冷却风扇的条件下,笔记本电脑的运算速度可以提高50倍。过去两年,IBM等巨头开发了无线设备的石墨烯处理器,一个名叫数字核心设计的波兰公司,于今年4月宣布制造了一个可以在平板电脑上工作的处理器。随着制造工艺的改进,消费者有望在未来五年使用到第一批石墨烯处理器。

  石墨烯可以像纸张一样褶皱,但很难被抚平。杜克大学的科学家不久前将石墨烯固定在一个预拉伸的橡胶薄片上,当拉力撤销薄片松弛时,石墨烯依然贴合在橡胶薄片上,呈褶皱状。这个实验结果使得科学家们想到把石墨烯贴在聚合物上,当聚合物通入电流时,会发生伸缩现象,而这正是构成人造肌肉的关键部件。

  石墨烯泡沫可探测到爆炸物中低浓度的硝酸盐和氨。伦斯勒理工学院开发的一张邮票大小的传感器,有一天可能成为拆弹对携带的工具包中的标配。

  通过控制石墨烯孔隙的大小,它有望成为一种筛选DNA尺寸的过滤器,该功能可以让研究人员用比现有技术(人均约1000美元)更低的成本测序DNA。目前,测序一个人基因组的成本大概是上述价格三到五倍,总部位于旧金山的Life Technologies公司,去年推出了一台机器从事这份工作。不幸的是,机器本身价格高达149000美元。

  石墨烯和碳纳米管复合纤维比通常用于制备防弹背心的凯夫拉纤维具有更高的强度

  澳大利亚研究人员发现了一种制备比凯夫拉纤维更强的石墨烯复合纤维的方法。添加等量的石墨烯和碳纳米管制备超强纤维可用来制造防弹衣织物,这种纤维同样可用来强化其他材料。

  利用单层石墨烯作为底片,并在底片上添加硫化铅晶体,即可制成一个兼具高灵敏性和高柔韧性的夜视光电探测器。

  光电探测器是一种可以把光子转换成电子信号的电脑芯片,每一个数码相机都有一个由硅制成的光电探测器。Frank Koppens和他在巴塞罗那光子科学研究所的同事们通过掺杂一层硫化铅的石墨烯制作了一个超灵敏和灵活的光电探测器,这种技术可以制造更薄的相机和更轻的夜视镜。


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