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石墨烯主要的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些?

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點(diǎn)擊次數(shù):543 更新時(shí)間:2022年08月26日12:53:04 打印此頁(yè) 關(guān)閉

石墨烯作為一種“學(xué)霸型”納米新材料各項(xiàng)性能突出,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,目前主要被應(yīng)用在能源、復(fù)合材料以及過濾凈化等領(lǐng)域。而由于石墨烯研發(fā)成本高、尚未完全實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,因此市場(chǎng)應(yīng)用未得到全面推廣,未來隨著技術(shù)和商用的成熟,石墨烯有望在越來越多領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如以下的十個(gè)商用領(lǐng)域發(fā)展上應(yīng)用。

一、電子元器件

石墨烯基材料顯示了在高效能源儲(chǔ)存設(shè)備中的優(yōu)勢(shì)。研究人員報(bào)道了石墨烯基材料的特殊電學(xué)性能,將可能用于生產(chǎn)更好的儲(chǔ)能設(shè)備。這種發(fā)展方向符合盧森堡大學(xué)物理學(xué)家三年前對(duì)于特殊復(fù)合材料不同尋常特征的理論預(yù)測(cè)。這些計(jì)算結(jié)果現(xiàn)在已經(jīng)被法國(guó)波爾多的“保羅·帕斯卡研究中心”所證實(shí),被命名為高k材料,可用來生產(chǎn)更高效的儲(chǔ)能設(shè)備——使得電子產(chǎn)品更小、更快和更高效。早期的計(jì)算結(jié)果是比較令人失望的——不同于聚合物和碳納米管和復(fù)合材料,特定聚合物和片狀石墨烯制成的復(fù)合材料并不能像預(yù)期的一樣可以增加材料的導(dǎo)電率。這些壞消息影響了石墨烯在導(dǎo)電復(fù)合材料的發(fā)展前景。

二、電池

新能源電池是石墨烯初次商用的重要領(lǐng)域。早前美國(guó)麻省理工學(xué)院已成功研制出表面附有石墨烯納米涂層的柔性光伏電池板,可極大降低制造透明可變形太陽(yáng)能電池的成本,這種電池可在夜視鏡、相機(jī)等小型數(shù)碼設(shè)備中應(yīng)用。石墨烯超級(jí)電池的成功研發(fā),解決了新能源汽車電池的容量不足以及充電時(shí)間長(zhǎng)的問題,極大加速了新能源電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這一系列研究成果為石墨烯在新能源電池行業(yè)的應(yīng)用鋪就了道路。

此外,有研究人員證實(shí),其制備了一種由石墨烯和硅制成的鋰離子電池,該電池一次充電可使用一周,僅15分鐘即可完成充電。華為也曾發(fā)布了其對(duì)基于石墨烯的鋰離子電池的研究,該電池具有更高的耐熱性,且壽命是傳統(tǒng)鋰離子電池的兩倍。




三、復(fù)合材料

通過在材料表面添加一些石墨烯,并加以其他工藝輔助,可以改善聚合物體系的性能和功能。少量添加石墨烯可以使環(huán)氧樹脂的剛度和強(qiáng)度提高一倍,并且碳纖維增強(qiáng)體系的壓縮性能顯著提高,這有望為航空航天、高性能汽車、風(fēng)能和體育應(yīng)用提供性能更強(qiáng)的新一代聚合物和復(fù)合材料。

有研究人員將碳納米管石墨烯添加到環(huán)氧樹脂復(fù)合物中,并涂覆于直升機(jī)旋翼槳葉的前緣,其在一定條件下可融化1厘米(0.4英寸)厚的冰層。

國(guó)際車輪生產(chǎn)商Vittoria銷售由石墨烯增強(qiáng)的復(fù)合材料制成的自行車車輪,石墨烯可為車輪提供了諸如散熱(降低15-30°C)、增加橫向剛度(超過50%)等優(yōu)勢(shì)。Applied Graphene Materials公司宣布已提供石墨烯材料,用于生產(chǎn)英國(guó)Century Composites制造的釣魚竿。HEAD公司也推出了用于女士的石墨烯增強(qiáng)型滑雪板,名為Joy,意在輕巧耐用。

四、傳感器

石墨烯因其獨(dú)特的特性(包括大的體積比,獨(dú)特的光學(xué)特性,優(yōu)良的電學(xué)特性),在傳感器應(yīng)用中得到了非常大的開發(fā)。例如,它已應(yīng)用于葡萄糖、膽固醇、血紅蛋白和癌細(xì)胞的診斷。同時(shí),它也可以用作pH傳感器來檢測(cè)污染物。由于基于石墨烯的壓力傳感器占地面積小、重量輕,因此它對(duì)航空業(yè)也特別有吸引力。

石墨烯在空氣或生物流體中不會(huì)氧化,通過將生物捕獲分子和阻擋層應(yīng)用于石墨烯,然后控制石墨烯與生物測(cè)試樣品的液體之間的電壓差,可以將石墨烯電路配置為場(chǎng)效應(yīng)生物傳感器。在各種類型的石墨烯傳感器類型,生物傳感器是首種可出售的傳感器。

五、醫(yī)療

在醫(yī)療領(lǐng)域,石墨烯有望作為藥物輸送平臺(tái)來治療癌癥,也有可能在組織工程中作為增強(qiáng)劑使用。但是這些都不太可能在近期進(jìn)入市場(chǎng),加快其商用推廣已成為熱點(diǎn)話題。

組織工程:石墨烯在組織工程中用作增強(qiáng)劑,可以改善可生物降解的聚合物納米復(fù)合材料在工程骨組織應(yīng)用中的機(jī)械性能。

 生物成像:功能化且分散于表面活性劑的石墨烯溶液已被設(shè)計(jì)為血池MRI造影劑。此外,摻入石墨烯納米粒子的碘和錳已成為多模式MRI計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)造影劑。

 藥物輸送:莫納什大學(xué)(Monash University)的研究人員發(fā)現(xiàn),石墨烯可有效吸附癌細(xì)胞,從而能夠設(shè)計(jì)用于癌癥治療的藥物遞送劑。

六、3D打印

石墨烯三維實(shí)驗(yàn)室公司發(fā)起私募融資,石墨烯三維實(shí)驗(yàn)室公司宣布啟動(dòng)一個(gè)非代理私人配售,340萬單位總價(jià)格85萬加元(約61.9萬美元)。每單位包含一個(gè)共同分享和一個(gè)不可轉(zhuǎn)讓股票購(gòu)買認(rèn)股權(quán)證。公司表示,所得的資金將主要用于擴(kuò)大其業(yè)務(wù)和一般營(yíng)運(yùn)資金用途。



七、涂鴉

氧化石墨烯用作涂料的添加劑,可以用于從玻璃到金屬的各種表面。通過簡(jiǎn)單的化學(xué)修飾,所得涂層在化學(xué)和熱穩(wěn)定性方面表現(xiàn)得像石墨,但在機(jī)械方面它們又變得非常堅(jiān)固,幾乎與石墨烯一樣堅(jiān)韌。

蒸汽冷凝器上的石墨烯涂層使冷凝效率提高了三倍,整個(gè)工廠的效率提高了2-3%。

石墨烯涂層可能會(huì)被引入新一代防水設(shè)備,使得防水設(shè)備的底盤不需要再被密封。

 使用石墨烯作為導(dǎo)電添加劑后,可以規(guī)避因?yàn)閷?dǎo)電劑帶來的底漆顏色變深的問題,對(duì)于汽車靜電噴涂的改進(jìn)十分有利。數(shù)據(jù)顯示,加入2%到4%的石墨烯后,底漆涂層值為40-50,完全可以滿足汽車對(duì)靜電噴涂的色度要求。

八、導(dǎo)電印刷和包裝

石墨烯基油墨可提供高導(dǎo)電性、柔韌性、高速印刷和低溫固化,這意味著可以對(duì)印刷品進(jìn)行摩擦、彎曲、折皺而不會(huì)造成損壞,并且可以穩(wěn)定地抵抗溫度、濕度和腐蝕,這為諸如醫(yī)療設(shè)備、能量存儲(chǔ)設(shè)備、高分辨率顯示器以及電化學(xué)和生化傳感器之類的特殊應(yīng)用打開了印刷電子產(chǎn)品的大門。

包裝公司MWV與Vorbeck Materials合作,為需要嵌入式安全系統(tǒng)的產(chǎn)品創(chuàng)建了基于石墨烯的包裝,其傳感器可以檢測(cè)出產(chǎn)品何時(shí)被移動(dòng),何時(shí)被取出等。

九、顯示

新型透明石墨烯電極提高OLED顯示器的透明度和質(zhì)量。韓國(guó)EYRI的研究員(電子和通訊研究所)為OLED面板開發(fā)了一款透明的石墨烯基電極。研究人員聲稱,相比目前的銀基電極,這些新的電極提高了OLED40-60%的透明度和“畫面質(zhì)量”。研究人員解釋說,目前的金屬(大部分為銀)基電極具有一個(gè)顯示角度極限,因?yàn)樗麄兊膬?nèi)部光反射,并且外部光線反射影響了畫面質(zhì)量。石墨烯電極為透明的并且可以減少這種反射的40-60%。

十、超級(jí)電容器

萊斯大學(xué)創(chuàng)建柔性、高效的固態(tài)微超級(jí)電容。萊斯大學(xué)的研究人員將其前期發(fā)明的激光燒結(jié)石墨烯(LIG)用于柔性固態(tài)微電容,領(lǐng)先于能量存儲(chǔ)和釋放的其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。據(jù)報(bào)道,這種激光燒結(jié)石墨烯固態(tài)微電容可以充電50次,充電速度快于電池,放電較傳統(tǒng)電容慢,并可以和商用的超級(jí)電容在充電和放電兩個(gè)方便不相上下。這種設(shè)備通過運(yùn)用商用激光,室溫條件下,在塑料薄片上燒結(jié)電極圖樣,解決復(fù)雜制造工藝條件對(duì)于這個(gè)推廣微電容存在的制造瓶頸。

另外,瞄準(zhǔn)石墨烯材料的特性,未來在智能手機(jī)散熱膜、鋰電池、半導(dǎo)體等應(yīng)用的龐大商機(jī),三星、樂金、Google、IBM、華為等國(guó)際科技大廠,早都砸下重金投入石墨烯技術(shù)研發(fā);同時(shí)也在產(chǎn)品線內(nèi)大量應(yīng)用石墨烯散熱膜,將之安裝在手機(jī)內(nèi)部的電路板,幫助處理器散熱,導(dǎo)熱到外面的機(jī)殼。

文章來源:模切之家

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