再看納米新貴石墨烯技術(shù)與應(yīng)用：或?qū)⒁l(fā)一輪革命

近年來，隨著科技的發(fā)展，新型材料被廣泛應(yīng)用于信息科技、生物科技、醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域，而石墨烯的問世在科學(xué)界激起了巨大的波瀾，人們發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有非同尋常的導(dǎo)電性能、超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度和極好的透光性，它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領(lǐng)域引發(fā)一輪革命。

石墨烯是由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)，碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，其厚度只有一個碳原子的厚度，幾乎完全透明;另外，常溫下其電子遷移率超過15000 cm^2/vs，而電阻率只約10-6Ω·cm，比銅和銀更低。所以，石墨烯是目前世上最薄電阻率最小更是最堅(jiān)硬的納米材料。

較之其他材料，石墨烯具有很多出色的電特性、熱特性以及機(jī)械特性，例如，實(shí)現(xiàn)名為“Klein Tunneling”、透射率為100%的通道效應(yīng);電阻值為固定值而與距離無關(guān)的“彈道輸運(yùn)”的有效距離較長;在室溫下也可呈現(xiàn)量子霍爾效應(yīng)。

應(yīng)用方向

1、傳感器

石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)使其在傳感器領(lǐng)域具有光明的應(yīng)用前景，巨大的表面積使其對周圍的環(huán)境非常敏感，通過穿透式電子顯微鏡可以直接觀測到單原子的吸附和釋放過程;通過測量霍爾效應(yīng)方法可以間接檢測單原子的吸附和釋放過程。當(dāng)分子吸附在石墨烯表面時(shí)，被吸附的位置會發(fā)生電阻的局域變化。石墨烯具備高電導(dǎo)率和低噪聲的優(yōu)良品質(zhì)，能夠探測到微小的電阻變化。

2、透明導(dǎo)電電極

石墨烯極好的電導(dǎo)性能和透光性，觸摸屏、液晶顯示、有機(jī)光伏電池等等，都需要良好的透明電導(dǎo)電極材料。此外，石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性優(yōu)于氧化銦錫，在溶液內(nèi)的石墨烯薄膜可以沉積于大面積區(qū)域，并通過化學(xué)氣相沉積法，制成大面積、連續(xù)、透明、高電導(dǎo)率的石墨烯薄膜，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)1.71%。

3、生物器件

由于石墨烯可修改化學(xué)功能、大接觸面積、原子尺寸厚度、分子閘極結(jié)構(gòu)等等特色，可應(yīng)用于細(xì)菌探測與診斷器件領(lǐng)域。

4、場效應(yīng)管及其集成電路

石墨烯納米帶的二維結(jié)構(gòu)具有高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率、低噪聲，促使石墨烯納米帶成為集成電路互連材料的另一種選擇，未來有可能替代銅金屬。有些研究者試著用石墨烯納米帶來制成量子點(diǎn)，他們在納米帶的某些特定位置改變寬度，形成量子禁閉。

5、抗菌物質(zhì)

中國科學(xué)院上海分院的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)石墨烯氧化物對于抑制大腸桿菌的生長超級有效，而且不會傷害到人體細(xì)胞。假若石墨烯氧化物對其他細(xì)菌也具有抗菌性，則可能找到一系列新的應(yīng)用，像自動除去氣味的鞋子，或保存食品新鮮的包裝。

應(yīng)用案例

前面，我們介紹到石墨烯具有電氣性質(zhì)，可以用來制作更輕薄的手機(jī)、平板及其他移動設(shè)備。最近，哥倫比亞大學(xué)的工程師團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個納米電機(jī)系統(tǒng)(Nano-mechanical System)，并使用該系統(tǒng)順利傳導(dǎo)FM調(diào)頻廣播信號。

其實(shí)，這個納米電機(jī)系統(tǒng)就是人們熟知的壓控振蕩器(VCO)。由于VCO能夠產(chǎn)生調(diào)頻廣播的信號，團(tuán)隊(duì)決定使用石墨烯來創(chuàng)建納米大小的版本，該版本具備100Mhz頻率，可在FM廣播波段87.7-108Mhz范圍內(nèi)。

同時(shí)，石墨烯也被應(yīng)用到移動存儲領(lǐng)域。本周，一款由石墨烯制成的的新型數(shù)據(jù)存儲器dataSTICKIES問世，dataSTICKIES的外形很像人們?nèi)粘Ｊ褂玫谋憷N。

dataSTICKIES通過特殊的導(dǎo)電膠粘貼到光數(shù)據(jù)傳輸表面(ODTS)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且這種低粘性的壓敏粘合劑可被重復(fù)利用。用戶可隨意將其黏貼在計(jì)算機(jī)、電視機(jī)或音樂系統(tǒng)的設(shè)備表面，當(dāng)dataSTICKIES被讀取時(shí)，邊緣會亮起顯示燈。

目前，困擾電動汽車普及的最大阻礙便是充電耗時(shí)問題，而韓國研究人員正對一項(xiàng)新型石墨烯電池技術(shù)進(jìn)行研究，這種新型電池在不影響能量密度的情況下，將電動汽車的充電時(shí)間縮短到16秒。

該項(xiàng)技術(shù)就是利用新型多孔石墨烯材料巨大的表面區(qū)域，在極短的時(shí)間內(nèi)，所充電量與普通鋰電池相當(dāng)，并且在電極經(jīng)過1萬次充放電后，能量密度沒有明顯損失。