石墨烯的十种应用研究

由于具有高导电性、高导热性、高强度等诸多优异特性而被称为“神奇材料”的石墨烯有可能彻底改变数量庞大的各种应用，从灯泡到芯片，从电池到触屏，从智能手机到新能源汽车……下面就介绍一些石墨烯最新的应用研究。

　　1. 石墨烯电池

　　在电池生产中石墨烯可直接作为正负极材料，或是作为导电添加剂添加到正负极材料中，还有是作为涂层提高电池功率特性。充电和续驶里程问题一直困扰着新能源汽车，这是因为铅酸电池和传统锂电池的发展遭遇“瓶颈”，而石墨烯电池有望在此取得突破。在不久前举行的上海车展上，有车企推出了一款石墨烯钛酸锂电池，可以实现10～15分 钟快速充电，可持续充放电超过4万次，油电综合续驶里程可达1000千米以上。

　　2. 石墨烯集成电路

　　由于具备超高电子传输能力和良好的导热能力，石墨烯被认为会取代现在广泛使用的硅而成为下一代集成电路的根基。2010年，美国一个研究团队制成了首块基于石墨烯的晶体管，并将其整合进一块完整的集成电路中。2016年，中国科学家研制出首只低噪声放大单片集成电路。

　　3. 石墨烯触摸屏

　　智能手机最关键的部件是有一块既能导电又非常透明的触摸屏，而石墨烯的良好的柔韧性、导电性和光学透明性完全能满足这一需求，比目前的透明电极材料氧化铟锡（ITO）更完美。韩国研究人员已制造出由多层石墨烯和聚酯片基底组成的透明可弯曲的显示屏，用这种方法还可制造基于石墨烯的太阳能电池、触摸传感器、平板显示器、有机发光二极管等。

　　4. 石墨烯存储器

　　英国、韩国的研究人员还在致力开发基于氧化石墨烯的可弯曲、透明的存储系统。基于石墨烯的新型存储材料成本低、功耗小、重量轻、体积小、存储密度高，可以三维堆积。例如，英国开发的这款石墨烯二氧化钛存储只有 50 纳米长、8 纳米厚，写入和读取速度仅需 5 纳秒。随着基于石墨烯的触屏、内存等电子器件不断开发，未来可弯曲、全透明的智能手机将成为现实。

　　5. 石墨烯超级材料

　　美国研究人员把柔软的石墨变成了强劲的“钢筋”，过程是把单层二维结构的石墨烯变成具有三维结构的石墨烯泡沫状材料，再用机械性能较强和高导电性的碳纳米管来强化该材料，从而制成“钢筋石墨烯”。中国研究人员利用细小的管状石墨烯构成一个拥有蜂窝状结构的泡沫材料，它像气球一样轻却像金属一样坚固，未来可以用其制造防弹衣、坦克装甲等。

　　6. 癌症早期诊断

　　中国科学家首次发现石墨烯有助于癌症早期诊断。在机体出现异常情况时，核酸分子生物标志物cmocroRNA在血清、尿液以及唾液中含量也会随之改变，但一般检测方法难以捕捉到，而借助石墨烯的强吸附性，可使检测的灵敏度大大提高。通过对捕捉到的cmocroRNA进行综合性分析，即可得出机体是否出现癌变，以及是哪种癌症，对于各类癌症的早期诊断、治疗具有重要意义。

　　7. 石墨烯“人工喉”

　　人的喉咙仅能发出声音而无法感知声音。如果能有一种材料可以同时感知声音、发出声音，并且具有柔性，用其制成“人工喉”，就能解决像霍金那样的肌肉萎缩患者，甚至聋哑人的说话难题。最近，中国研究人员就利用多孔石墨烯材料研发出这种集成声学器件，它通过热声效应发出声音，通过压阻效应接收声音信号。

　　8. 石墨烯灯泡

　　现在传统的白炽灯泡已逐步被白光LED所取代，虽然LED照明功耗低、效果好，但价格高，且制作时需要稀土元素作为原材料。在英国，科学家研制出全新的石墨烯灯泡，拥有比LED灯泡更坚固的结构和更低廉的价格，可让灯泡使用时间延长，进一步减少10%的能源消耗。

　　9. 海水淡化滤膜

　　目前的海水淡化方法需要消耗大量能源，成本高，还会对环境产生负面影响。英国研究人员正在研究以相对廉价的石墨烯氧化物滤膜来进行海水淡化。这是一种可让水分子通过而盐离子滤出的选透性薄膜，不需要高温和高压，因而是一种低成本的海水淡化替代方案。

　　10. 石墨烯除污海绵

　　科学家利用石墨烯“海绵体”超高的比表面积，对有毒有害物质进行吸附，吸附量可达自重的上百倍，吸附之后经过处理还可循环使用。中国科学家在普通海绵表面均匀地包裹上石墨烯涂层，利用其导电、疏水、亲油特性，吸附海面上泄漏的浮油。