石墨烯有哪些重要应用

   2023-06-19 06:05:38 网络920
核心提示:石墨的重要应用有石墨烯集成电路,石墨烯电池,石墨烯触摸屏,石墨烯超级材料等等,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。1、石墨烯集成电路,由于石墨烯的超强传输性能和非常好的导热性,石墨烯也被认为是取代硅原料的材

石墨烯有哪些重要应用

石墨的重要应用有石墨烯集成电路,石墨烯电池,石墨烯触摸屏,石墨烯超级材料等等,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。

1、石墨烯集成电路,由于石墨烯的超强传输性能和非常好的导热性,石墨烯也被认为是取代硅原料的材料,石墨烯不出意外应该能成为下一代的电路板材料。

2、石墨烯电池,在生产电池的时候,可以用作正负极的高端材料非石墨烯莫属,石墨烯也可以用作导电的“添加剂”增加在正负极中以提高电池的效率,增加了石墨烯的电池一般情况下可以提高电池的整体效率。

3、石墨烯触摸屏, 智能手机的关键部件是一个导电且非常透明的触摸屏。由于石墨烯这种材料极其良好的柔韧度还有优良的导电性,而且还有非常突出的光学透性,石墨烯完全可以用于手机屏幕的制作,石墨烯也比现在的材料氧化铟锡更为优秀。

4、石墨烯超级材料,研究人员使用微小的管状石墨烯形成蜂窝结构泡沫材料。它像气球一样轻,但像金属一样结实。将来,它可以用来制作防弹背心、坦克装甲等。

石墨烯的十大功效

石墨烯手机外观上看似与传统的智能手机并无差异,但是,由于它采用了石墨烯这种被誉为“已知的世上最薄、最轻的纳米材料”,因此具有更好的触控性能、更长的待机时间和更优的导热性能。

与传统手机相比,石墨烯手机具有以下性能优势:

(1)屏幕:目前市场上手机屏幕主要采用透明导电膜ITO,在强光下容易出现不清晰的情况。屏幕采取石墨烯薄膜制成,透光率高达97.7%,在强光下屏幕也会很清晰,色彩与画面也更好。

(2)电池:一般采用锂电池,充电次数一般在500至1000次。电池中加入了石墨烯,使其能量密度提升10%,电池使用寿命提高50%。

(3)散热:常规散热方式多为使用金属,如铜、铝、银等,容易出现发热点集中,发热温度最高可达50℃。 采用石墨烯导热膜后,效果比金属散热更好,发热部位更均匀,可使手机表面最高温度降至35℃以下。

目前石墨烯应用

石墨烯的十大功效:

1、石墨烯集成电路

由于石墨烯的超强传输性能和非常好的导热性,石墨烯也被认为是取代硅原料的材料,石墨烯不出意外应该能成为下一代的电路板材料。

早2011年,国外的一个团队他们研究出了一个最先进的“石墨烯晶体管”还把这个新研究的晶体管集成到了新的电子电路中实验,又过了几年,也就是2016年,我国的一些科学团队他们开发出了世界上第一款“低噪声放大器单片集成电路”填补了空白。

2、石墨烯电池

在生产电池的时候,可以用作正负极的高端材料非石墨烯莫属,石墨烯也可以用作导电的“添加剂”增加在正负极中以提高电池的效率,增加了石墨烯的电池一般情况下可以提高电池的整体效率。

传统电池的充电时间以及充电效率一直都无法有效解决,因为传统的铅酸电池和一般传统锂电它们的发展遇到了“问题”,新型石墨烯电池就可以突破这种限制。

在车展上,一些汽车公司推出了石墨烯钛酸锂电池,可在15~20分钟内实现快速闪充,石墨烯的电池也可以连续充电放电50000多次,采用石墨烯电池的油电混合动力汽车,一般的续航里程都在900公里左右!

3、石墨烯触摸屏

智能手机的关键部件是一个导电且非常透明的触摸屏。由于石墨烯这种材料极其良好的柔韧度还有优良的导电性,而且还有非常突出的光学透性,石墨烯完全可以用于手机屏幕的制作,石墨烯也比现在的材料氧化铟锡更为优秀。

国外研究团队研制出了一种用许多层石墨烯和聚酯材料而组成的柔性屏幕。利用这种技术,也可以制成石墨烯电池,触摸传感器之类的控制器,还有平板,以及先进的发光二极管等材料。

4、石墨烯超级材料

美国研究人员把软石墨变成了一根强力的“钢筋”。该工艺是将石墨烯转化为具有三维结构的石墨烯泡沫材料,然后对具有强机械性能和高导电性的碳纳米管材料进行强化,从而制成“增强石墨烯”。

中国的研究人员使用微小的管状石墨烯形成蜂窝结构泡沫材料。它像气球一样轻,但像金属一样结实。将来,它可以用来制作防弹背心、坦克装甲等。

5、石墨烯存储器

国外的研究人员它们一直都在开发关于石墨烯的存储系统。为什么要开发这个系统呢,因为,基于石墨烯的存储材料系统它具有制造成本低、重量轻、能耗较低、体积比较小、存储空间大等特点。

比如,有一种石墨烯二氧化钛制作的存储器它只有55纳米长,7纳米厚,读取和写入几乎是一瞬间完成(也就是5纳秒)。随着基于石墨烯的触摸屏和存储器等电子设备的不断发展,灵活、全透明的智能手机将成为未来的现实。

6、石墨烯“人工喉”

众所周知,人类的喉咙它只能发出声音,却不能感知出声音,如果我们能有一种既能感知又能发声的材料,且具有一定的“灵活性”,比如把它做成“人工喉咙”,我们或许就能解决像已故科学家霍金这样肌肉萎缩患者甚至是一些聋哑人的语言问题。

最近几年,我国的科学研究人员利用石墨烯研究开发了这种“声学装置”。它通过热声效应发声,通过压阻效应接收声音信号。

7、癌症早期诊断

我国的科学研究者他们首次发现了石墨烯可以帮助癌症的早期诊断。当体内出现异常情况时,血清、尿液和唾液中核酸分子生物标记物cmocrrna的含量也会发生变化,但一般检测方法难以捕捉。

由于石墨烯的强吸附,检测灵敏度可以大大提高。通过对捕获到的cmocrrna进行综合分析,可以得出人体是否有癌变,是什么样的癌症,这对各种癌症的早期诊断和治疗具有重要意义。

8、石墨烯灯泡

现在传统的白炽灯泡已逐渐被白色LED取代。虽然LED光源有各种各样的好处,但是LED光源的价格比较高,且需要稀土作为制作的其中一种材料。在英国,科学家开发了一种新型石墨烯灯泡,其结构比led更坚固,价格更低,可以延长灯泡的使用寿命,并进一步降低10%的能耗。

9、石墨烯除污海绵

科研人员利用石墨烯“海绵”的特性来去除和吸附各种有毒有害的一些物质。吸附容量可达其自身重量的数百倍。吸附后,经处理后可循环使用。中国科学家将石墨烯涂层均匀地包裹在普通海绵表面,并利用其导电性、疏水性和亲油性来吸收泄漏在海面上的浮油。

10、海水淡化滤膜

到目前为止淡化海水的成本极其昂贵,且需要耗费大量的资源,而且会对环境造成一定的污染。英国研究人员正在研究用于海水淡化的相对便宜的氧化石墨烯滤膜。这是一种选择性膜,允许水分子通过,盐离子过滤掉。它不需要高温和高压,因此是海水淡化的低成本替代品。

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石墨烯的应用---石墨烯电池

在电池生产中石墨烯可直接作为正负极材料,或是作为导电添加剂添加到正负极材料中,还有是作为涂层提高电池功率特性。充电和续驶里程问题一直困扰着新能源汽车,这是因为铅酸电池和传统锂电池的发展遭遇“瓶颈”,而石墨烯电池有望在此取得突破。在不久前举行的上海车展上,有车企推出了一款石墨烯钛酸锂电池,可以实现10~15分钟快速充电,可持续充放电超过4万次,油电综合续驶里程可达1000千米以上。

2. 石墨烯的应用---石墨烯集成电路

由于具备超高电子传输能力和良好的导热能力,石墨烯被认为会取代现在广泛使用的硅而成为下一代集成电路的根基。2010年,美国一个研究团队制成了首块基于石墨烯的晶体管,并将其整合进一块完整的集成电路中。2016年,中国科学家研制出首只低噪声放大单片集成电路。

3. 石墨烯的应用---石墨烯触摸屏

智能手机最关键的部件是有一块既能导电又非常透明的触摸屏,而石墨烯的良好的柔韧性、导电性和光学透明性完全能满足这一需求,比目前的透明电极材料氧化铟锡(ITO)更完美。韩国研究人员已制造出由多层石墨烯和聚酯片基底组成的透明可弯曲的显示屏,用这种方法还可制造基于石墨烯的太阳能电池、触摸传感器、平板显示器、有机发光二极管等。

4. 石墨烯的应用---石墨烯存储器

英国、韩国的研究人员还在致力开发基于氧化石墨烯的可弯曲、透明的存储系统。基于石墨烯的新型存储材料成本低、功耗小、重量轻、体积小、存储密度高,可以三维堆积。例如,英国开发的这款石墨烯二氧化钛存储只有50 纳米长、8 纳米厚,写入和读取速度仅需5 纳秒。随着基于石墨烯的触屏、内存等电子器件不断开发,未来可弯曲、全透明的智能手机将成为现实。

5. 石墨烯的应用---石墨烯超级材料

美国研究人员把柔软的石墨变成了强劲的“钢筋”,过程是把单层二维结构的石墨烯变成具有三维结构的石墨烯泡沫状材料,再用机械性能较强和高导电性的碳纳米管来强化该材料,从而制成“钢筋石墨烯”。中国研究人员利用细小的管状石墨烯构成一个拥有蜂窝状结构的泡沫材料,它像气球一样轻却像金属一样坚固,未来可以用其制造防弹衣、坦克装甲等。

6. 石墨烯的应用---癌症早期诊断

中国科学家首次发现石墨烯有助于癌症早期诊断。在机体出现异常情况时,核酸分子生物标志物cmocroRNA在血清、尿液以及唾液中含量也会随之改变,但一般检测方法难以捕捉到,而借助石墨烯的强吸附性,可使检测的灵敏度大大提高。通过对捕捉到的cmocroRNA进行综合性分析,即可得出机体是否出现癌变,以及是哪种癌症,对于各类癌症的早期诊断、治疗具有重要意义。

7. 石墨烯的应用---石墨烯“人工喉”

人的喉咙仅能发出声音而无法感知声音。如果能有一种材料可以同时感知声音、发出声音,并且具有柔性,用其制成“人工喉”,就能解决像霍金那样的肌肉萎缩患者,甚至聋哑人的说话难题。最近,中国研究人员就利用多孔石墨烯材料研发出这种集成声学器件,它通过热声效应发出声音,通过压阻效应接收声音信号。

8. 石墨烯的应用---石墨烯灯泡

现在传统的白炽灯泡已逐步被白光LED所取代,虽然LED照明功耗低、效果好,但价格高,且制作时需要稀土元素作为原材料。在英国,科学家研制出全新的石墨烯灯泡,拥有比LED灯泡更坚固的结构和更低廉的价格,可让灯泡使用时间延长,进一步减少10%的能源消耗。

9. 石墨烯的应用---海水淡化滤膜

目前的海水淡化方法需要消耗大量能源,成本高,还会对环境产生负面影响。英国研究人员正在研究以相对廉价的石墨烯氧化物滤膜来进行海水淡化。这是一种可让水分子通过而盐离子滤出的选透性薄膜,不需要高温和高压,因而是一种低成本的海水淡化替代方案。

10. 石墨烯的应用---石墨烯除污海绵

科学家利用石墨烯“海绵体”超高的比表面积,对有毒有害物质进行吸附,吸附量可达自重的上百倍,吸附之后经过处理还可循环使用。中国科学家在普通海绵表面均匀地包裹上石墨烯涂层,利用其导电、疏水、亲油特性,吸附海面上泄漏的浮油。

11.石墨烯的应用---防锈

由于石墨烯不会溶于水,因此可以混合聚合物用于防锈涂层。石墨烯不溶于水加上超高导电性,如果与钢结合的话,就可以防止钢接触到水并缓解氧化铁的电化学反应。之前就有一位化学家做了实验,将喷了此涂层的钢浸泡在盐水中,一个月后钢的表面没有任何锈迹出现。设想下,如果喷在汽车上呢,是不是就不怕爱车生锈了!

12.石墨烯的应用---扬声器

这种扬声器的发声原理是石墨烯通过传输电流产生的热能发声。如果将厚度不足一纳米的一层石墨烯放于玻璃以及两种塑料上(两种不同类型),然后施加交流电,就能听到声音了。这种扬声器不是通过隔膜振动,而是通过石墨烯运输电流发声,最大的优势就在于薄以及柔韧性,可以做成任何形状。

13.石墨烯的应用---超级电容

我们都知道电容是可以存储电能的,比如相机的闪光灯就是依靠它提供能量。但是单位质量的电容所存储的电能有限,这个时候就要用电池了。然后石墨烯电容可以存储更多的能量,还可以有更多的充放电次数。完全可以不用电池提供能量了。

14.石墨烯的应用---清理放射性废弃物

这个就是依靠石墨烯的超强吸附能力了。将石墨烯氧化物微粒与放射性物质相结合,然后聚集成团,这样就非常便于后期的收集。以后核废料的清除将变得更安全。

15.石墨烯的应用---柔性电子线路

电脑的运算速度提高50倍。现在的电脑芯片,最重要的材料是硅。而石墨烯比硅具有更好的导电性能,它可以用更少的电力,产生更小的热量,甚至都可以淘汰掉冷却风扇,而且速度还可以提高50倍。最近也有很多有关石墨烯代替硅的资讯,从当中我们不难预测,未来五年内很有可能第一批石墨烯处理器将诞生并投入市场。

16.石墨烯的应用---人工肌肉

把一层石墨烯固定在聚合物上,只要有电流通过,就会产生褶皱和伸展。这个用途也是从一个实验开始想到的。在一个实验石墨烯柔韧性的实验上,科学家们把石墨烯固定在准备拉伸的橡胶薄片上,当拉力消失的时候,石墨烯还是稳稳的贴合在薄片上。从这个实验可以想到,如果是把石墨烯贴合到聚合物上呢?只要给聚合物上有电流通过,就会发生伸缩现象了。这不正是我们人体肌肉的关键部分么!

17.石墨烯的应用---探测爆炸物

对于低浓度爆炸物,可用石墨烯泡沫来探测。这个原理主要是由于石墨烯泡沫能够探测到低浓度的硝酸盐和氨。只要把这个探测器做成电话卡一样的大小就可以了。

18.石墨烯的应用---DNA测序

石墨烯泡沫过滤器主要是控制石墨烯空隙的大小。这种方法的优点和缺点很有意思,因为优点和缺点分别是成本低和成本高:现有技术是该新技术的三到五倍,然后用于石墨烯DNA测序的设备,价格高达十几万美元。

19.石墨烯的应用---夜视

专业的夜视设备,将有望更轻便,方便携带。如果是用石墨烯的底片,并且在此底片上添加硫化铅晶体,结果就是夜视设备将更灵敏,更具有柔韧性。这样的话,就可以制造出更薄更方便携带的夜视镜咯!

石墨烯电t3是一款智能手机,该机型由国内高新科技企业——天能石墨烯手机公司推出,采用双核处理器,搭载1GB运行内存和8GB存储空间,搭载了一款定制的Android 4.2操作系统,并且采用了石墨烯元件,能够快速提升手机的运行速度、保证优异的系统流畅度,更加节能环保。此外,天能石墨烯电t3拥有一颗1300万像素的高清摄像头,支持GPS定位和蓝牙连接等功能,外观更加时尚大方,性价比极高,是一款超值的智能手机。

以上就是关于石墨烯有哪些重要应用全部的内容,如果了解更多相关内容,可以关注我们,你们的支持是我们更新的动力!

 
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