石墨烯時代來臨人類生活將被改變

作者： 2016年08月30日來源：瀏覽量：

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中國改革開放總設計師鄧小平曾說過“科學技術是第一生產力”，科技的突破往往會給人們的生活，乃至整個社會帶來極大的變化。石墨烯作為近年來納米材料領域的焦點，其獨一無二的分子結構讓科學家看到了人類

　　中國改革開放總設計師鄧小平曾說過“科學技術是第一生產力”，科技的突破往往會給人們的生活，乃至整個社會帶來極大的變化。石墨烯作為近年來納米材料領域的焦點，其獨一無二的分子結構讓科學家看到了人類社會繼信息時代后的又一次劃時代的變革。

　　研究發現，石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料，它同時具備最薄和最堅硬兩大優勢，更集聲、光、電、熱、力、磁四種以上材料特性于一身，可謂納米材料中的“多面手”，一旦石墨烯能夠大規模的應用，將會掀起電動汽車電池、超強防彈衣、電子彎曲屏等多個領域的新變革，對人類社會而言這將是一場翻天覆地的改變。

　　作為目前已知的世上最薄、最堅硬、導電性最好而且擁有強大靈活性的納米材料，石墨烯成為制造靈活顯示屏、可穿戴設備以及其它下一代電子設備的理想材料，未來在觸摸屏、傳感器、蓄電池等領域的應用充滿了想象。比如，通過它制造出可彎曲的智能手表、可折疊成智能手機的平板電腦、15分鐘便充好電且續航能力達500公里的電動車蓄電池，等等。

　　中科院近期發布的一份報告指出，石墨烯的研究和產業化發展持續升溫，從石墨烯專利領域分布來看，其應用技術研究布局熱點包括：石墨烯用作鋰離子電池電極材料、太陽能電池電極材料、薄膜晶體管制備、傳感器、半導體器件、復合材料制備、透明顯示觸摸屏、透明電極等。主要集中在如下四個領域：

　　傳感器領域。石墨烯因其獨特的二維結構在傳感器中有廣泛的應用，具有體積小、表面積大、靈敏度高、響應時間快、電子傳遞快、易于固定蛋白質并保持其活性等特點，能提升傳感器的各項性能。主要用于氣體、生物小分子、酶和DNA電化學傳感器的制作。新加坡南洋理工大學開發出了敏感度是普通傳感器1000倍的石墨烯光傳感器;美國倫斯勒理工學院研制出性能遠超現有商用氣體傳感器的廉價石墨烯海綿傳感器。

　　儲能和新型顯示領域。石墨烯具有極好的電導性和透光性，作為透明導電電極材料，在觸摸屏、液晶顯示、儲能電池等方面有很好的應用。石墨烯被認為是觸摸屏制造中最有潛力替代氧化銦錫的材料，三星、索尼、輝銳、3M、東麗、東芝等龍頭企業均在此領域作了重點研發布局。美國德州大學奧斯汀分校研究人員利用KOH對石墨烯進行化學修飾重構形成多孔結構，得到的超級電容的儲能密度接近鉛酸電池。密歇根理工大學科學家研發出一種獨特蜂巢狀結構的三維石墨烯電極，光電轉換效率達到7.8%，且價格低廉，有望取代鉑在太陽能電池中的應用。東芝公司研發出石墨烯與銀納米線復合透明電極，并實現了大面積化。

　　半導體材料領域。石墨烯被認為是替代硅的理想材料，大量有實力的企業均開展了石墨烯半導體器件的研發。韓國成均館大學開發出了高穩定性n型石墨烯半導體，可以長時間暴露在空氣中使用。美國哥倫比亞大學研發出石墨烯-硅光電混合芯片，在光互連和低功率光子集成電路領域具有廣泛的應用前景。IBM的研究人員開發出了石墨烯場效應晶體管，其截止頻率可達100GHz，頻率性能遠超相同柵極長度的最先進硅晶體管的截止頻率。

　　生物醫學領域。石墨烯及其衍生物在納米藥物運輸系統、生物檢測、生物成像、腫瘤治療等方面的應用廣闊。以石墨烯為基層的生物裝置或生物傳感器可以用于細菌分析、DNA和蛋白質檢測。如美國賓夕法尼亞大學開發的石墨烯納米孔設備可以快速完成DNA測序。石墨烯量子點應用于生物成像中，與熒光體相比具有熒光更穩定、不會出現光漂白和不易光衰等特點。石墨烯在生物醫學領域的應用研究雖處于起步階段，但卻是產業化前景最為廣闊的應用領域之一。

　　關于石墨烯浪潮的問題，烯碳新材技術發展與規劃副總監李紀軍博士介紹說，石墨烯產業目前處于技術概念期，還處在技術突破的前夜，一旦技術取得突破，石墨烯產業就將取得爆發式增長，如石墨烯應用在消費類電子產品的觸摸屏，鋰離子電池和超級電容器上，這些應用技術一旦取得突破，將會對目前手機觸摸屏產業和汽車行業產生顛覆性改變。

　　對石墨烯而言，突破性的改變必然發生于基礎研究的突破，基礎研究雖然離具體產品較為遙遠，但是這個世界高速發展，技術的加速度可以彌補時間錯位，關鍵基礎問題的研究一旦突破，在資本和人力的推動下，其他產業化相關問題會很快解決。

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