“工业味精”石墨烯

前面已经向大家介绍过石墨烯的基础原理，今天就同大家介绍石墨烯的应用基础研究：

传感器

石墨烯可以做成化学传感器，这个过程主要是通过石墨烯的表面吸附性能来完成的，根据部分学者的研究可知，石墨烯化学探测器的灵敏度可以与单分子检测的极限相比拟。石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感。石墨烯是电化学生物传感器的理想材料，石墨烯制成的传感器在医学上检测多巴胺、葡萄糖等具有良好的灵敏性。

晶体管

石墨烯可以用来制作晶体管，由于石墨烯结构的高度稳定性，这种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作。相比之下，目前以硅为材料的晶体管在10纳米左右的尺度上就会失去稳定性；石墨烯中电子对外场的反应速度超快这一特点，又使得由它制成的晶体管可以达到极高的工作频率。

柔性显示屏

消费电子展上可弯曲屏幕备受瞩目，成为未来移动设备显示屏的发展趋势。柔性显示未来市场广阔，作为基础材料的石墨烯前景也被看好。韩国研究人员首次制造出了由多层石墨烯和玻璃纤维聚酯片基底组成的柔性透明显示屏。韩国三星公司和成均馆大学的研究人员在一个63厘米宽的柔性透明玻璃纤维聚酯板上，制造出了一块电视机大小的纯石墨烯。他们表示，这是迄今为止“块头”最大的石墨烯块。随后，他们用该石墨烯块制造出了一块柔性触摸屏。研究人员表示，从理论上来讲，人们可以卷起智能手机，然后像铅笔一样将其别在耳后。

新能源电池

新能源电池也是石墨烯很早商用的一大重要领域。美国麻省理工学院已成功研制出表面附有石墨烯纳米涂层的柔性光伏电池板，可极大降低制造透明可变形太阳能电池的成本，这种电池有可能在夜视镜、相机等小型数码设备中应用。另外，石墨烯超级电池的成功研发，也解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题，极大加速了新能源电池产业的发展。这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道路。

海水淡化

石墨烯过滤器比其他海水淡化技术要使用的多。水环境中的氧化石墨烯薄膜与水亲密接触后，可形成约0.9纳米宽的通道，小于这一尺寸的离子或分子可以快速通过。通过机械手段进一步压缩石墨烯薄膜中的毛细通道尺寸，控制孔径大小，能高效过滤海水中的盐份。

航空航天

由于高导电性、高强度、超轻薄等特性，石墨烯在航天军工领域的应用优势也是极为突出的。2014年，美国NASA开发出应用于航天领域的石墨烯传感器，就能很好的对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进行检测。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用。

感光元件

以石墨烯作为感光元件材质的新型感光元件，可望透过特殊结构，让感光能力比现有CMOS或CCD提高上千倍，而且损耗的能源也仅需原本10%。可应用在监视器与卫星成像领域中，可以应用于照相机、智能手机等。

复合材料

石墨烯纤维应用的复合材料具有优异的力学、电气、热、抗辐射、抗菌等功能性能，在石墨烯纤维素功能性复合纤维及相应的纺织产品超导导热服装材料、抗菌医用材料、生物医用纺织品、阻燃材料等领域有着广泛的应用。石墨烯和各种纤维组成的智能多功能石墨烯暖纤维，已成为一种具有国际先进水平的低温远红外纤维，集抗菌、抑菌、防紫外线、防静电等功能于一体，又被称为“划时代的革命纤维”；目前，石墨烯已应用在内衣、袜子等纺织品。

生物

石墨烯被用来加速人类骨髓间充质干细胞的成骨分化，同时也被用来制造碳化硅上外延石墨烯的生物传感器。同时石墨烯可以作为一个神经接口电极，而不会改变或破坏性能，如信号强度或疤痕组织的形成。由于具有柔韧性、生物相容性和导电性等特性，石墨烯电极在体内比钨或硅电极稳定。石墨烯氧化物对于抑制大肠杆菌的生长十分有效，而且不会伤害到人体细胞。

混凝土

石墨烯独特的结构赋予其重要的物理特性，包括高效的电热传导和不寻常的强度。自罗马人以来，混凝土就一直被用作建筑材料。科学研究表明，“超级材料”石墨烯让这种最古老的建筑材料更坚固、更防水、更环保。为了制造出这种混凝土，英国埃克塞特大学的一个团队设计了一种技术，将石墨烯片悬浮在水中，然后将水与传统混凝土成分混合。据报道该工艺价格低廉，并且符合现代大规模生产要求。经测试，加入石墨烯的混凝土与普通混凝土相比，抗压强度提高了146％，抗弯拉强度提高了79.5％，渗水率降低了近400％。这种新型混凝土可以直接在建筑工地上使用，使坚固耐用的建筑能够使用较少的混凝土和减少温室气体排放。使用石墨烯意味着能够将用于制造混凝土的材料的数量减少一半。

防腐涂料

石墨烯改性防腐涂料，由于纳米级的石墨烯的片层结构层层叠加、交错排列，在涂层中可形成“迷宫式”屏蔽结构，形成一道屏蔽阻隔。便能够有效抑制腐蚀介质的浸润、渗透和扩散，提高涂层的物理阻隔性。同时，还可延长腐蚀介质的渗透扩散路径；从而提供涂层的抗渗透性和使用寿命。目前的传统防腐涂料中，绝大多数底漆以锌粉作为添加剂。然而，随着腐蚀时间的加长，涂层中的锌粉由于被氧化致使导电性下降，便有可能阻断电子传输路径，失去阴极保护的情况下，让涂料失去防腐性能。将石墨烯添加进锌粉底漆中，石墨烯的导电性能极佳，便会与锌粉形成良好的导电网络，即让石墨烯来实现导电搭桥，从而实现低锌条件下仍然具有防腐功能。

塑料

石墨烯是一种由碳原子单层紧密构成的二维晶体材料，是目前发现的最薄材料，其厚度约为0.335 nm，具有极大的理论比表面积、优异的透光性、高的拉伸弹性模量、极高的强度、极高的热导率、优异的电导率等。将石墨烯用于塑料改性，作用为四大类，抗静电、导热、增强和气体阻隔。