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石墨烯材料的应用

发布者:烯世传奇

时间:2020-08-05

石墨烯是一种革命性的材料,其应用随着相关研究的深入不断拓展。

1柔性石墨烯晶体管

石墨烯晶体管是一种单电子纳米器件。这种晶体管自研发伊始便受到市场极大关注,目前已有部分柔性石墨烯晶体管被应用。石墨烯晶体管的主要优点是室温下易操作,同时具有低电压、高灵敏度等特点。这些特性使得石墨烯晶体管优于硅晶体管,同时也推动了微芯片技术的发展。此外,由于石墨烯的固有特性,这种晶体管具有极高的灵活性和可折叠性。值得注意的是,尽管电子在石墨烯晶体管中的电子迁移率方面比硅晶体管好。但是,由于带隙问题,目前石墨烯晶体管还不能替代硅晶体管。

2石墨烯传感器

传感器是一种设备,它可以感知周围环境中发生的变化(如热、运动、光、压力、湿度等),并通过输出信号(通常是光、机械或电信号)进行反馈。因石墨烯具有较大的表面与体积比、独特的光学特性、优异的导电性、高载流子迁移率和密度、高导热性等特点,石墨烯可作为传感器应用于不同领域,包括生物传感器、诊断技术、场效应晶体管、DNA传感器和气体传感器。

3锂电池用石墨烯

随着锂电池应用逐渐广泛,锂电池种类也在不断丰富。锂离子电池被认为是极具发展前景的电化学储能体系之一,其在民用、国防和航空航天等领域具有强大应用潜力。然而现阶段锂电池还存在一定局限,为了解决这些问题,可以将石墨烯整合到不同电池框架的正极和负极中,以增强电池效能,并提高充放电循环速率。

4石墨烯透明导体

透明导体是触摸屏、发光二极管和太阳能电池等对表面电阻和高透明度要求较高的器件的核心部分。用作电极时,设备必须满足光的输入/输出的条件。传统透明导体由高度掺杂的半导体氧化物组成,如氧化铟锡(ITO),但其应用受到以下因素限制:机械脆性不利于它作为弹性显示器;铟元素的短缺使得这样的显示器价格居高不下;铟原子的扩散会污染周围的薄片,并降低设备的性能。为满足对透明导体日益增长的需求,研发新技术尤为迫切。石墨烯与硅、金属和碳纳米管组成的复合材料可作为透明导体薄膜。其中,石墨烯——硅薄膜透明度高达94%,电导率为0.45S/cm。该类复合材料作为透明导体有优良的综合性能。

5石墨烯结构复合材料

目前,石墨烯与不同材料组成复合材料,用于各种应用领域,如航空领域。研究表明,在材料中添加石墨烯可以大幅度提升材料性能。对于航空工业来说,一种质量轻的复合材料可节省燃料支出。石墨烯基复合材料具有巨大的潜力,可作为开发新材料的重要选择。

6.石墨烯催化剂载体

石墨烯及其衍生物具有丰富的表面性质、片状形态、高表面积和高电子迁移率,研究证明其是非常有效的催化材料。石墨烯是化学惰性物质,加入官能团可改变石墨烯特性,适合作为催化载体。由于石墨烯独特的二维表面形貌,金属催化剂可以很好地定位在石墨烯表面。此外,石墨烯还可促进催化剂颗粒分散,使催化剂与基体碰撞概率达到最大,有助于实现催化剂的最佳性能。

7.功能性石墨烯油墨

目前,石墨烯已被用于生产具有耐热和防腐功能的电子油墨。通过在加入石墨烯,可大幅度提高油墨的导电性和可操作性。[12]与其他导电油墨相比,石墨烯油墨无毒、环保、廉价、可循环利用。此外,石墨烯还有较高热稳定性,是电子工业中理想的耐高温油墨涂层材料。同时良好的化学稳定性使石墨烯成为功能性墨水应用的理想候选材料。因此,对于环境因素至关重要的应用,石墨烯油墨可以有效地保护材料免受腐蚀。