石墨烯到底该应用到哪些领域


 

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    石墨烯,被公认为21  世纪的“未来材料”和“革命性材料”。是目前发现的硬度最高、韧性最强的纳米材料,在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等领域应用前景广阔。
 
   
世界各国纷纷将石墨烯及其应用技术研发作为长期战略予以重点关注。其应用技术研究布局热点包括:石墨烯用作锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、透明显示触摸屏等。上海科技发展研究中心近日发布的报告称,从石墨烯专利领域分布来看,四大领域将成为其应用研发热点。
 
   
一是传感器领域。主要用于气体、生物小分子、酶和DNA电化学传感器的制作。新加坡南洋理工大学开发出了敏感度是普通传感器1000倍的石墨烯光传感器;美国伦斯勒理工学院研制出性能远超现有商用气体传感器的廉价石墨烯海绵传感器。

   
二是储能和新型显示领域。石墨烯被认为是触摸屏制造中最有潜力替代氧化铟锡的材料,三星、索尼、辉锐、3M、东丽、东芝等龙头企业均在此领域作了重点研发布局。美国德州大学奥斯汀分校研究人员利用KOH对石墨烯进行化学修饰重构形成多孔结构,得到的超级电容的储能密度接近铅酸电池。密歇根理工大学科学家研发出一种独特蜂巢状结构的三维石墨烯电极,光电转换效率达到7.8%,且价格低廉,有望取代铂在太阳能电池中的应用。

   
三是半导体材料领域。石墨烯被认为是替代硅的理想材料,大量有实力的企业均开展了石墨烯半导体器件的研发。美国哥伦比亚大学研发出石墨烯-硅光电混合芯片,在光互连和低功率光子集成电路领域具有广泛的应用前景。IBM的研究人员开发出了石墨烯场效应晶体管,其截止频率可达100GHz。

   
四是生物医学领域。以石墨烯为基层的生物装置或生物传感器可以用于细菌分析、DNA  和蛋白质检测。如美国宾夕法尼亚大学开发的石墨烯纳米孔设备可以快速完成DNA测序。

    随着石墨烯制备技术的逐步成熟和应用研发的逐步扩展,在各国政府和企业的大力推动下,研发成果转化与产业化发展迅速。截至目前,相当数量的研发项目已顺利完成并进入商业化准备期,石墨烯产业有望进入井喷式发展期。

   
各国政府纷纷亮出“商业化时间表”。如,美国“俄亥俄州研究商业化资助项目(ORCGP)”开展锂离子电池纳米石墨烯复合电极的产业化应用,依据商业化进程设定项目研究计划;日本东北大学石墨烯合成项目组制定了详细的研究与产业化计划,在技术研发的基础上力争到2014年开发出样品,并于2017年开发出产品制造设备;韩国宣布未来6年将投入4230万美元,整合国内研究力量以协助企业的石墨烯应用技术商业化,并希望借此打造每年17万亿韩元的市场。

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