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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(shè)計師鄧小平曾說過“科學技術(shù)是第一生產(chǎn)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(lǐng)域的焦點，其獨一無二的分子結(jié)構(gòu)讓科學家看到了人類

　　中國改革開放總設(shè)計師鄧小平曾說過“科學技術(shù)是第一生產(chǎn)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(lǐng)域的焦點，其獨一無二的分子結(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)，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(yōu)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(guī)模的應(yīng)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(lǐng)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(shè)備以及其它下一代電子設(shè)備的理想材料，未來在觸摸屏、傳感器、蓄電池等領(lǐng)域的應(yīng)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(xù)航能力達500公里的電動車蓄電池，等等。

　　中科院近期發(fā)布的一份報告指出，石墨烯的研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展持續(xù)升溫，從石墨烯專利領(lǐng)域分布來看，其應(yīng)用技術(shù)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(lǐng)域：

　　傳感器領(lǐng)域。石墨烯因其獨特的二維結(jié)構(gòu)在傳感器中有廣泛的應(yīng)用，具有體積小、表面積大、靈敏度高、響應(yīng)時間快、電子傳遞快、易于固定蛋白質(zhì)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(fā)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(xiàn)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(lǐng)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(yīng)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(yè)均在此領(lǐng)域作了重點研發(fā)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(gòu)形成多孔結(jié)構(gòu)，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(fā)出一種獨特蜂巢狀結(jié)構(gòu)的三維石墨烯電極，光電轉(zhuǎn)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(yīng)用。東芝公司研發(fā)出石墨烯與銀納米線復合透明電極，并實現(xiàn)了大面積化。

　　半導體材料領(lǐng)域。石墨烯被認為是替代硅的理想材料，大量有實力的企業(yè)均開展了石墨烯半導體器件的研發(fā)。韓國成均館大學開發(fā)出了高穩(wěn)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(fā)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(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。IBM的研究人員開發(fā)出了石墨烯場效應(yīng)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(yī)學領(lǐng)域。石墨烯及其衍生物在納米藥物運輸系統(tǒng)、生物檢測、生物成像、腫瘤治療等方面的應(yīng)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(zhì)檢測。如美國賓夕法尼亞大學開發(fā)的石墨烯納米孔設(shè)備可以快速完成DNA測序。石墨烯量子點應(yīng)用于生物成像中，與熒光體相比具有熒光更穩(wěn)定、不會出現(xiàn)光漂白和不易光衰等特點。石墨烯在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用研究雖處于起步階段，但卻是產(chǎn)業(yè)化前景最為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域之一。

　　關(guān)于石墨烯浪潮的問題，烯碳新材技術(shù)發(fā)展與規(guī)劃副總監(jiān)李紀軍博士介紹說，石墨烯產(chǎn)業(yè)目前處于技術(shù)概念期，還處在技術(shù)突破的前夜，一旦技術(shù)取得突破，石墨烯產(chǎn)業(yè)就將取得爆發(fā)式增長，如石墨烯應(yīng)用在消費類電子產(chǎn)品的觸摸屏，鋰離子電池和超級電容器上，這些應(yīng)用技術(shù)一旦取得突破，將會對目前手機觸摸屏產(chǎn)業(yè)和汽車行業(yè)產(chǎn)生顛覆性改變。

　　對石墨烯而言，突破性的改變必然發(fā)生于基礎(chǔ)研究的突破，基礎(chǔ)研究雖然離具體產(chǎn)品較為遙遠，但是這個世界高速發(fā)展，技術(shù)的加速度可以彌補時間錯位，關(guān)鍵基礎(chǔ)問題的研究一旦突破，在資本和人力的推動下，其他產(chǎn)業(yè)化相關(guān)問題會很快解決。

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