國外石墨烯的最新應用總結，哪些可以率先突破

國外石墨烯的最新應用總結，哪些可以率先突破

由于石墨烯的發現，研究人員在2010年獲得了諾貝爾物理學獎。我們什么時候能看到世界上最新穎的材料生產的產品這篇文章可以為你掃清迷霧。

地球表面大部分被水覆蓋，但是大量的鹽的存在使我們很難將其用作飲用水的來源。為了解決這個問題，曼徹斯特大學的研究人員開發了一種具有均勻孔徑的可擴展石墨烯氧化膜，它可以過濾非常小的鹽顆粒，而不需要對水流的影響太大。

由于石墨烯膜在水中膨脹，它們不能過濾掉微小的普通鹽離子。為此，他們找到了一種物理方法來控制膜在水中的膨脹。這種方法使它們比普通鹽離子具有更小的孔徑，從而過濾掉不需要的鹽、顆粒和分子。同時，它們還可以過濾出大量的鹽、顆粒和分子。薄膜仍然允許水流順暢地通過。

從長遠來看，一些研究小組指出，調整孔徑以過濾特定離子的基本思想可以應用于不同的薄膜，但也有不同的用途。

德國萊布尼茲聚合物研究所的研究小組開發了一種石墨烯涂層，這種涂層在變形或斷裂時會變色。例如，機翼和其他飛機部件可能會產生微小的裂縫，當受到突然的壓力時會導致失效。在這項新的研究中，研究人員在這種材料上開發了一種涂層。里亞爾，這將使檢查員更容易發現可能導致故障的微小裂縫。

采用特殊的沉積方法，將具有有序和無序特性的石墨烯納米片（GNPS）重疊在一起，實現了獨特的尺度結構，通過對精細的平行多層膜進行機械調諧，觀察到了不同的結構著色，并通過多種顏色解決了交通燈的危險報警和安全系統。將變結構著色與電感應相結合。它們為材料失效和微裂紋預警之前的危險級別帶來了第一個有價值的步驟。

石墨烯是一種薄的碳層，可用于光伏發電。研究人員正在努力開發對許多技術至關重要的石墨烯光電探測器。然而，典型的石墨烯光電探測器只能在很小的區域感知光，這限制了它們的性能。

目前，研究人員已將石墨烯與相對優質的碳化硅材料結合起來，研制出光激活石墨烯場效應晶體管，從而解決了這一問題，高性能光電探測器可應用于許多領域，包括天體物理高速通信、超敏相機、傳感應用等。可穿戴電子器件等。此外，石墨烯晶體管陣列將帶來高分辨率的成像和顯示。未來的研究方向包括閃爍體、天體物理成像技術和高能輻射傳感器。

一種非傳統的工程技術可能能夠克服神經再生的障礙。愛荷華州立大學的科學家已經開發出一種納米技術，利用噴墨打印機產生多層石墨烯電路。這項技術的最終結果是有望轉化間質干細胞（骨、軟骨和ADIP）。細胞）進入雪旺細胞，在促進神經細胞的康復中起著多種作用。

愛荷華州生化工程博士后研究員Metin Uz在一份聲明中說，這項技術可能會導致一種更好的分化干細胞的方法。然而，改進這一方法可能會影響體內受損神經的修復。

根據研究小組的發現，可以得出結論：柔性石墨烯電極能夠適應損傷部位，為神經細胞再生提供直接電刺激，為體內神經再生鋪平了道路。

韓國的一個研究小組研制出了更有效的神經電極，可以最大限度地減少組織損傷并傳輸清晰的腦信號。通常，電極越小，檢測信號就越困難。然而，韓國大邱市慶北科學技術研究所的一個研究小組研制出了一種小巧、靈活、清晰的腦組織。GNAL探測器

探測器由記錄大腦信號的電極組成。信號沿著互連線傳輸到連接器，信號傳輸到測量和分析信號的機器。這些復合材料增加了探頭（探測器）的有效表面積、導電性和電極強度，同時保持內襯柔軟，與軟組織相容。

這意味著電極可以收縮，但不能減少信號檢測。互連線是由石墨烯和金的混合物制成的。石墨烯是軟的，金是一種良好的導體。研究人員測試了探針，發現它能清晰地讀取大腦信號，比標準的平面金電極好得多。探針需要進一步的傾斜。在它可以廣泛商業化之前進行校準測試。

科學家們首次在石墨烯中創造了可調諧的人工原子，結果表明限制控制石墨烯電子的技術是可行的、可控的和可逆的，電子的能量狀態是可調節的，這為研究石墨烯獨特的物理和電子行為開辟了新的途徑。此外，它還提供了一種以石墨烯為主要設備促進未來電子技術、通信和傳感器發展的方法。

由羅格斯大學的研究人員領導的一個小組已經開發出一種技術來穩定和控制石墨烯中局部電荷狀態的改變。該小組進一步證明，空位的準邊界狀態在外電場下是可調的。捕獲機制可以打開和關閉，從而提供了一種新的Digm用于控制和引導石墨烯中的電子。

中國科技大學（USTC）的一個研究小組利用懸浮在溝槽中的石墨烯納米棒，發現了納米機械運動與通過單電子晶體管（SET）的導電性之間的關系。

郭國平和他的團隊在測量帶狀電流時有了一些顯著的發現，當調整施加在帶狀端部的交流柵極電壓的頻率時，他們發現機械運動與單電子進出帶的流動耦合在一起；通過以更高的功率驅動帶狀電流，系統進入了一個否狀態。從這個角度來看，血紅蛋白和其他典型的蛋白質在這個尺度上具有質量。

它們還提供了一種探索現有技術解決方案之外納米尺度現象的方法，揭示了一系列問題。

日本NEC公司的研究人員錢成研制出一種多孔石墨烯海綿添加劑，也稱為魔術師G，可以作為鋰離子電池的陽極和陰極，以提高電池的速度和動力性能，盡管經過多年的研究和開發，鋰離子電池仍顯示出一些優異的性能，但它們的性能在很大程度上提高了。e由于充放電能力差、速率性能高，仍然受到低功耗的影響。

錢成研制了一種蜂窩狀多孔石墨烯海綿，又稱MAGIC G（MG），具有高導電性、高比表面積和高電解質吸收能力，海綿被用作鋰離子電池陽極和陰極的添加劑，以提高電池的速率能力和高速循環。

由于添加劑的引入所產生的電極特性，電動汽車用鋰離子電池是必不可少的，錢學森還期待著進一步優化未來的結構，以獲得更高的性能。

匹茲堡大學斯旺森工程學院的研究人員發現，石墨烯（一種由二氧化碳和氫組成的二維聚合物）具有一種不尋常的特性，它可以形成一條無水管道，這意味著質子可以在沒有水的情況下運輸。無形中，它已經導致了氫燃料電池的發展。可用于汽車和其他能源系統。

質子導電膜是質子交換膜燃料電池的核心。在燃料電池中，質子交換膜（PEM）為質子傳輸提供了通道，薄膜需要高溫和高含水量。當溫度過高或濕度降低時，它會消耗水膜，阻止質子在膜中遷移。

約翰遜博士說：我們的計算機模型表明，石墨烯由于其獨特的結構，非常適合在無水條件下進行質子跨膜和電子的快速運輸，這表明氫燃料電池汽車作為未來最好的替代汽車，已經迫在眉睫。

根據曼徹斯特大學的一項研究，石墨烯可以幫助核電站生產重水，凈化能源成本比現有技術低100倍以上。環境友好、核動力價格低廉。

現在，曼徹斯特集團已經開發出一種完全可擴展的原型膜，并在中試規模研究中演示了同位素分離。他們發現，有效的分離將顯著減少待處理的原始同位素混合物的輸入，這將降低資本成本和能源需求。

石墨烯作為有機發光二極管（OLED）、太陽能電池和可穿戴電子產品的透明導電電極材料，在電子工業中具有廣闊的應用前景。

現在，ITO是最常用的透明導電電極材料。惠蘭解釋說，下一步是提高轉移石墨烯層的導電性，從而提高OLED的功率效率。我們計劃了兩種可能的途徑：第一，我們可以堆疊多個石墨烯層；第二，我們可以化學摻雜圖形。也就是說，我們可以引入影響電性能的雜質。這將使石墨烯和ITO更具競爭力。惠蘭說，我們希望將來石墨烯將成為柔性電子電極的標準材料，例如制造柔性屏幕。

石墨烯在生物醫學、電子、能源和環境等領域有著廣闊的應用前景，在許多小型應用領域也取得了成功，但由于氧化石墨烯是石墨制備石墨烯的中間產物，已被證明是一種火災隱患。

田實驗室的研究人員使用帶有三個或更多正電荷的金屬離子將氧化石墨烯剝離成透明薄膜。這種新型的碳聚合物材料除了不可燃外，還具有柔韌性、無毒性和強大的機械性能。一個潛在的應用是使用這種不可燃材料開發的石墨烯。樂技術創造一種節能的窗口涂料，可以降低加熱和冷卻成本。

田說：將會有更多的應用程序，我們希望未來的汽車和飛機窗戶比現在更智能，以及夜視應用程序。

萊斯大學的科學家們通過解決樹突長期存在的問題，創造出了一種充電鋰金屬電池，其容量是商用鋰離子電池的三倍。

由化學家詹姆斯·羅伯茨（James Roberts）領導的萊斯研究人員發現，當新電池充電時，鋰金屬均勻地覆蓋碳納米管，以高導電性碳雜化物的形式共價連接到石墨烯表面。正如美國化學學會（American Chemical Society）雜志《ACS納米》（ACS Nano）所報道的，這種混合物取代了傳統電池中使用的石墨陽極。l鋰離子電池的交換安全性。萊斯大學制造的石墨烯碳納米管陽極的測試表明，它們能夠抵抗鋰樹枝晶的形成，鋰樹枝晶可以破壞電池。

圖爾說，很多人只把電池作為陽極進行研究，因為整個封裝難度更大，所以我們必須開發一種基于硫的相對陰極技術，以適應第一代系統中的超高容量鋰陽極。我們正在試生產這些陰極加陽極的全套電池。e并測試它們。

鎳鈷硫化物的三維（3D）核殼結構是通過石墨烯的納米工程，采用一系列水熱步驟生成的，而用于核殼結構生長的石墨烯則生長在超電容器用的CVD上。

利用NCS納米管芯作為高速電子和離子遷移的通道，CNS納米殼作為高活性區的假電容材料，合成的復合材料具有良好的電化學性能，除了提供了良好的表面積來支持3d NCS /CNS外，3d石墨烯層還提供了優異的電性能。泡沫鎳捕收劑與三維NCS／NCS復合材料的介電性能

目前，隨著用水量的不斷增加，海水和環境的污染日益嚴重，世界上數億人無法獲得安全的飲用水，由于傳統的海水淡化工藝是能源密集型和環境破壞性的，我們迫切需要從海水中提取清潔的水。水或污染水。

曼徹斯特大學的研究人員認為，氧化石墨烯（Go）膜可以提供一種簡單的方法來過濾飲用水中不需要的鹽和雜質。石墨烯膜的缺點是，當Go層浸入水中時，兩到三層水分子將自己插入到層間空間，這將使rge通過間隙，允許離子和分子通過，降低了材料的選擇性。Neil和他的團隊發現了一種簡單的方法來克服這一缺點，即在環氧樹脂之間鋪設Go，以限制浸入水中時的膨脹。通過這種方法，物理密封的氧化石墨烯（PCGo）膜可以成功地過濾出C。允許水通過的同時，加入一些離子，如鈉和鉀。

石墨烯的使用正逐漸被發現。萊斯大學的研究人員用這種材料制造了一種細菌殺蟲劑。以前，人們發現一種叫做激光誘導石墨烯（lig）的材料具有抗菌性，現在研究小組發現，通過增加幾伏的電壓，這些特性可以得到改善。

圖爾說，這種石墨烯對生物膜的形成具有極強的抵抗力，在水處理廠、石油鉆井作業、醫院和污染敏感的水下管道等生物膜的形成方面具有巨大的應用潛力，在用電方面具有很高的抗菌活性。額外福利。

圖爾說，被動生物污垢抑制和主動電壓誘導微生物去除相結合，使其成為一種非常流行的材料，可以抑制困擾許多行業的自然污染的增長，并解決一個大問題。

瑞典林平大學的研究人員通過在碳化硅石石墨烯的完美表面引入缺陷，提高了材料儲存電荷的能力，請添加微信公眾號：Robinfo Ma Yun正在關注

研究人員采用林平大學的一種方法，利用石墨烯來制備碳化硅晶體。當碳化硅加熱到2000攝氏度時，表面的硅原子移動到氣相，只留下碳原子。米哈伊爾·瓦金說，被稱為陽極氧化的電化學過程破壞了石墨烯層和我們測量了氧化石墨烯陽極的性能，發現該材料具有很高的儲能能力。

MikaelSyvjrvi說：與其他類型的石墨烯相比，碳化硅上的石墨烯可以在更大的區域制造。如果我們能夠以可控的方式改變材料的特性，我們就可以為其他功能定制表面，例如用內置電池創建傳感器。

在過去的40年里，微電子技術取得了迅速的進步，主要得益于硅和互補金屬氧化物半導體（互補金屬氧化物半導體）技術，這使得我們有可能生產計算機、智能手機、緊湊型和低成本的數碼相機，以及我們今天所依賴的大部分電子產品。然而，由于很難實現OMBINE半導體除了硅和CMOS外，平臺變得更加復雜和多樣化，除了微電路和可見光攝像頭。

目前已經克服了這一障礙，ICFO的研究人員首次證明了CMOS集成電路與石墨烯的單片集成，形成了一種高分辨率的圖像傳感器，它主要基于數十萬個石墨烯和量子點（QD）的光電探測器。石墨烯和互補金屬氧化物半導體（CMOS）的應用使光電子學得到了更廣泛的應用，如低功耗光數據通信和緊湊、超靈敏的傳感系統。

天然橡膠是一種粘性液體，但通過加入交聯劑和填充顆粒可以制備出固體彈性材料，但這一過程既費時又費時，目前四川和哈佛大學的研究人員已經發現氧化石墨烯（Go）可以簡單地交聯和增強橡膠。

曼徹斯特納米功能材料集團（nano functional materials group）的負責人維賈亞拉加萬（vijayaraghavan）說：復合材料由兩部分組成，一個柔軟而輕的基體和一個堅固的填充物。簡而言之，它們既輕又強。這是跑車用碳纖維復合材料或裝甲用Kevlar復合材料的原理。在這種情況下，我們使用石墨烯來制造一種柔軟、有彈性但易碎的橡膠復合材料，這種材料更堅固、更柔軟。

由國家物理實驗室（NPL）和伯爾尼大學領導的一個國際研究團隊已經開發出一種新的方法來使用石墨烯來調節下一代分子電子器件的功能。這些結果可以用于開發更小和更高性能的器件，用于一系列應用，包括分子電子器件。檢測、柔性電子器件、能量轉換和存儲以及電阻標準的穩定測量設置。

《科學進展雜志》報道的結果表明，石墨烯基分子電子學的發展發生了重大變化。分子與石墨烯（即使在室溫下）共價接觸的再現性克服了目前基于鑄幣金屬的最先進技術的局限性。

研究結果還將有助于研究人員在電催化和能量轉換的實驗系統中設計石墨烯/分子界面，從而提高催化劑或裝置的效率。

中佛羅里達大學的助理教授Ryan M.Gelfand是研發團隊的一員，他們現在開發了一種石墨烯晶體管，這種晶體管只需使用當前晶體管功率的百分之一，就能使計算機運行速度快上千倍。現在，硅晶體管的舊時代已經結束，石墨烯的新時代已經結束。晶體管來了。

基于邏輯電路的一系列相互連接的石墨烯晶體管可以實現速度的飛躍，使速度接近太赫茲范圍——也就是說，大約快1000倍。此外，蓋爾芬德說，石墨烯晶體管將更小更有效，同時使設備制造商的制造過程更容易。使計算機更實用。

據預測，石墨烯將取代硅作為電子器件的主要材料，因為它可以使設備的處理速度遠快于摩爾定律，而且更輕、更薄、更靈活。其他人夢想石墨烯作為電池發展的推動力，因為它可以增加當今照明設備的能量密度。hium離子電池很多次，大大擴展了電動汽車的使用，并在幾秒鐘內為我們的手機和筆記本電腦充電。

De la Fuente告訴Seeker石墨烯的第一個廣泛的商業應用可能是在生物傳感器領域。繼生物傳感器之后，電池將成為下一個利用石墨烯獨特性能的產品。石墨烯只是冰山一角，它才剛剛開始。石墨烯有很大的潛力，但它將帶我們到L。東方不敗十到十五年。我們不知道是否會成功，但我對結果越來越滿意。

阿貢國家實驗室和俄勒岡州立大學的研究人員發現了一種新的鋰硫化物電池的陰極結構，這種電池由納米晶的二硫化物鋰涂層和多層石墨烯組成。

在實驗過程中，研究人員發現Li2具有很高的氧化還原活性。當電極充電后，氧化成硫，放電后再還原成硫，在電化學轉化過程中，石墨烯膠囊能有效地保護活性硫，使電極不膨脹。

他告訴nanotechweb.org：我們的新工作克服了傳統硫電極和先前報道的表面復合材料的問題。簡單和可擴展的制造工藝已經開始發展，這意味著在電動汽車行業，電極很可能將具有巨大潛力的鋰電池商業化。

萊斯大學的科學家們已經通過在石墨烯上附加一個單一的釕原子來制造高性能燃料電池的耐用催化劑。

催化劑驅動氧化還原反應，使燃料電池能夠將化學能轉化為電能。電極通常是由鉑制成的，鉑可以抵抗電池中帶電電解質的酸性。但是鉑很貴，科學家們幾十年來一直在研究它，希望找到合適的替代品。化學家詹姆斯·圖爾（James Tour）說，他的實驗室已經與中國的水稻和同事開發出新材料，而魯森尼結果表明，該合金的性能與傳統的鉑基合金和最佳的鐵氮摻雜石墨烯的性能相近。

目前商用透析膜中分子的分離非常緩慢，部分原因是它們的組成：商用透析膜相對較厚，而且它們正蜿蜒穿過如此致密的膜孔，因此目標分子很難快速通過商用透析膜。

現在，麻省理工學院的工程師們已經用石墨烯薄膜制備了一種功能性的透析膜，這種薄膜是由單層碳原子連接在一起的，就像六邊形的六邊形，具有類似的金屬絲網結構。麻省理工學院機械工程系的博士后研究員Piran Kidambi說：研究小組的發現表明石墨烯可以改善薄膜技術。尤其是在實驗室規模分離過程和血液透析等潛在應用中。

科學家們正朝著電子器件小型化的道路前進，現在一些必要的電子器件（如二極管和隧穿效應半導體結）可以在原子精度水平上集成到單個石墨烯絲（納米帶）中。

經過反復討論，阿爾托大學的彼得·利耶羅斯和烏得勒支大學的英格瑪·斯瓦特最終確定了計劃。他們試圖通過使石墨烯結構達到原子精度水平來解決控制電流的問題。他們發現，石墨烯的電子性質可以通過使石墨烯納來控制。諾利波恩（非常窄的波段）和先進的顯微技術被用來確定電子性質和電子傳輸特性的結果結構。

彼得利耶羅斯說：這是我們第一次創造出隧道效應半導體結，我們真正了解它的具體原子結構。此外，我們可以通過實時測量通過電子器件的電流，定量分析理論和實驗之間的差異。

最近，研究人員開發了一種新的石墨烯太陽能電池技術，它可以安裝在玻璃、塑料、紙和膠帶表面。

太陽能電池將低成本的有機（含碳）材料與石墨烯電極結合在一起，用有機化合物制成的光伏太陽能電池比目前廣泛使用的無機硅太陽能電池更具優勢，如價格便宜、易于制造，具有柔軟、輕便的特點。它們克服了重量重、材料硬、易碎、易折疊等缺點，使它們更易于運輸。

研究人員未來的目標是在不犧牲透明度的前提下提高石墨烯有機太陽能電池的效率，但仍有很長的路要走，他們也在考慮如何擴大太陽能電池，以覆蓋整個窗戶和墻壁所需的大面積，從而更有效地發電，并保持人眼幾乎看不見。

近年來，石墨烯一直是一個研究熱點。曼徹斯特大學的一項研究證明，通過簡單的絲網印刷技術，柔性電池設備可以直接印刷在紡織品上。

目前，可穿戴技術的最大問題是：如何在沒有多個電池組的情況下為設備供電曼徹斯特大學的研究小組認為，更合適的解決方案是用超級電容器代替電池組，他們在棉織物上印刷導電石墨烯氧化物油墨，并成功地制造出固態柔性超級電容器。

為了進一步實現電子設備的可穿戴性，下一步就是開發一種簡單的、工業化批量生產的印刷技術來生產這種超級電容器，這對于實現下一代多功能可穿戴電子產品至關重要。

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