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石墨烯的发展前景

来源:容商天下

核心提示:石墨烯的用途非常的多,海姆表示:“我希望石墨烯能像塑料一样改变我们的日常生活。”作为一种新“超级材料”,石墨烯可用于制造卫星、飞机、汽车,并应用于超级计算机的研发。石墨烯有望给微电子世界带来革命性变化。石墨烯将代替现有晶体管的材料硅,使电脑运行速度更快。

石墨烯的用途非常的多,海姆表示:“我希望石墨烯能像塑料一样改变我们的日常生活。”作为一种新“超级材料”,石墨烯可用于制造卫星、飞机、汽车,并应用于超级计算机的研发。石墨烯有望给微电子世界带来革命性变化。石墨烯将代替现有晶体管的材料硅,使电脑运行速度更快。

石墨烯的应用将主要集中在场效应管、触摸屏、太阳能电池、复合材料等领域。石墨烯的电荷载体有高迁移率,使之可制成室温下的弹道晶体管,其开关时间有可能缩减到10-13秒以下,并且能在太赫芝的超高频率下运行。超导电子器件耗能少且开关时间更短,石墨烯的另一潜在应用是制作超导晶体管。目前,集成电路晶体管普遍采用硅材料制造,当硅材料的尺寸小于10纳米时,用它制造出的晶体管稳定性变差。而石墨烯可以被刻成尺寸不到1个分子大小的单电子晶体管。此外,石墨烯高度稳定,即使被切成1纳米宽的元件,导电性也很好。因此,普遍认为石墨烯将会最终替代硅,从而引发电子工业革命。

通过调整双分子层石墨烯的能带隙可以把它从金属转变到半导体,因此可在双层石墨烯的1平方毫米的片上装有数以百万计的不同的电子设备,并且这些装置可随意改装。而石墨烯发光二极管将能发出任何远至中红外范围的频率,它甚至可以用于激光材料,产生从太赫兹到红外的宽频率。

石墨烯拥有超凡的坚硬度、柔韧度、透明度和导电性,可以广泛应用于触摸屏和太阳能电池的制造中。韩国三星公司已在一个63厘米宽的柔性透明玻璃纤维聚酯板上,制造出一块电视机大小的纯石墨烯,并用该石墨烯制造出一块柔性触摸屏。这是制造更加坚硬、廉价以及更加柔韧的透明电子器件的第一步。从理论上来讲,今后人们有可能将iPhone手机卷起,然后像铅笔一样将其别在耳后。

石墨烯和单个心肌细胞之间能形成稳定接触,从而可实现对细胞中电生理信号的高灵敏度、非侵入式检测,将进一步发展为高集成纳米生物传感阵列。

超级电容也称双电层电容器,是一种新型储能装置,能在几秒钟内完成充电,同时它还具有容量大、功率高、使用寿命长、经济环保等特点,在数码相机、掌上电脑、新能源汽车等领域都有着广泛的应用价值。由石墨烯制得的新电容器效率更高,能在更短的时间内完成充电。

氧化石墨烯纳米悬液在与大肠杆菌孵育2小时后,对其抑制率可超过90%,氧化石墨烯的抗菌性源于其对大肠杆菌细胞膜的破坏。氧化石墨烯不仅是一种新型的优良抗菌材料,而且对哺乳动物细胞产生的细胞毒性很小,有望在环境和临床领域得到广泛的应用。

在检测气体时石墨烯具有很低的噪声信号,可精确探测单个气体分子,使之在化学传感器和分子探针方向有潜在应用前景。已证实石墨烯可以吸收大量氢气,因而可望用于储氢器材中。和其它结构相比,石墨烯具有极高的电导率、热导率、及出色的机械强度;并且是单原子平面的二维晶体,将在高灵敏度检测领域具有独特的优势。

低成本的石墨烯使之作为增强填料在复合材料方面具有吸引力。石墨烯的大表面和体积之比以及高的导电率,可提高电池效率有可能取代炭纤维,炭粉等传统材料,并将能降低超坚固炭/炭复合材料的成本,炭/炭复合材料在航空航天、汽车和建筑等领域具有广泛的用途。将石墨烯与塑料复合,也可以凭借其韧性,创制出兼具超薄、超柔和超轻特性的“新型超强材料”。石墨烯不仅可制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣,甚至能让科学家梦寐以求的“太空电梯成为现实。由太空电梯进入太空的成本将比通过火箭便宜很多,但其最大障碍之一,就是如何制造出一根从地面连向太空卫星、长达3.7万公里并且足够强韧的缆线,科学家证实石墨烯完全适合用来制造这一缆线。


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