再看納米新貴石墨烯技術與應用：或將引發(fā)一輪革命

　　近年來，隨著科技的發(fā)展，新型材料被廣泛應用于信息科技、生物科技、醫(yī)學等眾多領域，而石墨烯的問世在科學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電性能、超出鋼鐵數(shù)十倍的強度和極好的透光性，它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領域引發(fā)一輪革命。

　　石墨烯是由碳原子構成的單層片狀結構，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、熱特性以及機械特性，例如，實現(xiàn)名為“Klein Tunneling”、透射率為100%的通道效應;電阻值為固定值而與距離無關的“彈道輸運”的有效距離較長;在室溫下也可呈現(xiàn)量子霍爾效應。

　　應用方向

　　1、傳感器

　　石墨烯獨特的二維結構使其在傳感器領域具有光明的應用前景，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;通過測量霍爾效應方法可以間接檢測單原子的吸附和釋放過程。當分子吸附在石墨烯表面時，被吸附的位置會發(fā)生電阻的局域變化。石墨烯具備高電導率和低噪聲的優(yōu)良品質，能夠探測到微小的電阻變化。

　　2、透明導電電極

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

　　3、生物器件

　　由于石墨烯可修改化學功能、大接觸面積、原子尺寸厚度、分子閘極結構等等特色，可應用于細菌探測與診斷器件領域。

　　4、場效應管及其集成電路

　　石墨烯納米帶的二維結構具有高電導率、高熱導率、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，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

　　中國科學院上海分院的科學家發(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胞。假若石墨烯氧化物對其他細菌也具有抗菌性，則可能找到一系列新的應用，像自動除去氣味的鞋子，或保存食品新鮮的包裝。

　　應用案例

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

　　其實，這個納米電機系統(tǒng)就是人們熟知的壓控振蕩器(VCO)。由于VCO能夠產生調頻廣播的信號，團隊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。

　　同時，石墨烯也被應用到移動存儲領域。本周，一款由石墨烯制成的的新型數(shù)據存儲器dataSTICKIES問世，dataSTICKIES的外形很像人們日常使用的便利貼。

　　dataSTICKIES通過特殊的導電膠粘貼到光數(shù)據傳輸表面(ODTS)進行數(shù)據傳輸，并且這種低粘性的壓敏粘合劑可被重復利用。用戶可隨意將其黏貼在計算機、電視機或音樂系統(tǒng)的設備表面，當dataSTICKIES被讀取時，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問題，而韓國研究人員正對一項新型石墨烯電池技術進行研究，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間縮短到16秒。

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