改變產(chǎn)業(yè)格局：石墨烯材料有望重大突破

石墨烯是由單層碳原子構(gòu)成的六角形蜂巢晶格的平面二維材料，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，各項物理性質(zhì)優(yōu)異。石墨烯的發(fā)現(xiàn)顛覆了凝聚態(tài)物理學(xué)界既往的二維材料不能在有限溫度下存在的觀念。

石墨烯具備眾多優(yōu)異的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和微觀量子性質(zhì)，是目前最薄也是最堅硬的納米材料，同時具備透光性好、導(dǎo)熱系數(shù)高、電子遷移率高、電阻率低、機(jī)械強(qiáng)度高等眾多普通材料不具備的性能，未來有望在電極、電池、晶體管、觸摸屏、太陽能、傳感器、超輕材料、醫(yī)療、海水淡化等眾多領(lǐng)域應(yīng)用，是最有前景的先進(jìn)材料之一。

石墨烯材料分為兩類，一類是由單層或多層石墨烯構(gòu)成的薄膜，另一種是由多層石墨烯構(gòu)成的微片。石墨烯薄膜又分為單晶薄膜和多晶薄膜。其中單晶薄膜可以用于集成電路等電子領(lǐng)域，但是產(chǎn)業(yè)化尚待時日。而多晶薄膜有望在5-10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，替代ITO玻璃用于制造觸摸屏（特別是柔性制造屏）和其他需要透明電極的領(lǐng)域。除了純石墨烯之外，另外還有很多石墨烯衍生物，未來也會有較為廣泛的應(yīng)用。

總體而言，石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅饕性陔娮印⑿履茉?、生物醫(yī)療、高精度制造業(yè)、水處理等高精尖技術(shù)領(lǐng)域。

傳感器方面，納米傳感器尺寸小、精度高。原子級別的傳感器與普通傳感器相比，具備多種獨(dú)有的微觀性質(zhì)，顯著拓寬了傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。納米傳感器可廣泛應(yīng)用于生物、化學(xué)、機(jī)械、航空、軍事等方面。納米傳感器主要包括納米磁敏傳感器、納米生物傳感器和納米光纖傳感器。納米傳感器尺寸主要取決于探針針頭大小，傳感器尺寸可顯著減小，同時感應(yīng)時間大大縮短，滿足微觀高精度測量需要。隨著工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境監(jiān)測的需要，納米氣敏傳感器的研發(fā)獲得了長足的進(jìn)展，未來有望率先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

目前已經(jīng)有用化學(xué)氣相沉積法在分散有催化劑的SiO2/Si基片上制得的單個的單壁碳納米管。此種碳納米管使得傳感器在復(fù)雜的氣體環(huán)境中具有選擇性，區(qū)分度和靈敏度較之傳統(tǒng)的傳感器顯著提升。

單壁碳納米管具有優(yōu)異的電子、機(jī)械、力學(xué)等性能，但是納米管制備一直是難點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可控的制備是單壁碳納米管應(yīng)用的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，同時也成為碳納米管研究和應(yīng)用發(fā)展的瓶頸。

石墨烯良好的電導(dǎo)性能和透光性能，使其在透明電導(dǎo)電極方面有非常好的應(yīng)用前景。試驗(yàn)證明，石墨烯比表面積高達(dá)2600平方米/克，導(dǎo)電性極高，且儲能效率是現(xiàn)有材料的近兩倍，是理想的電極材料。石墨烯在取代其他電極材料方面有廣闊的應(yīng)用前景，即便是目前商用超級電容器使用的活性炭等材料，比表面積也不過1000-1800平方米/克，石墨烯的電學(xué)綜合性能顯著超越當(dāng)前的各種材料。

傳統(tǒng)電極材料多采用ITO（銦錫氧化物）。銦元素價格昂貴，且較為稀有。行業(yè)正在尋找一種成本更低的材料以替代ITO。石墨烯以其獨(dú)有的導(dǎo)電透明性質(zhì)成為備選材料。采用石墨烯制成的透明電極，不僅具備傳統(tǒng)電極的導(dǎo)電特性，同時還可以彎曲折疊，在搭建過程中可與建筑構(gòu)成一體化，更加經(jīng)濟(jì)和實(shí)用。透明導(dǎo)電電極不僅應(yīng)用于太陽能領(lǐng)域，同時還可應(yīng)用在觸摸屏、液晶屏、發(fā)光LED和超級電容等多種光電領(lǐng)域。目前全球?qū)嶒?yàn)室將石墨烯電極應(yīng)用至上述多類型產(chǎn)品，包括觸摸屏和超級電容。若能成功商業(yè)化，未來有望改變電子行業(yè)制造格局。