石墨烯吸附类应用期刊投稿

1.单分子气体侦测石墨烯独特的二维结构使它在传感器领域具有光明的应用前景。巨大的表面积使它对周围的环境非常敏感。即使是一个气体分子吸附或释放都可以检测到。这检测目前可以分为直接检测和间接检测。通过穿透式电子显微镜可以直接观测到单原子的吸附和释放过程。通过测量霍尔效应方法可以间接检测单原子的吸附和释放过程。当一个气体分子被吸附于石墨烯表面时，吸附位置会发生电阻的局域变化。当然，这种效应也会发生于别种物质，但石墨烯具有高电导率和低噪声的优良品质，能够侦测这微小的电阻变化。2.光能飞行器中国南开大学2015年6月中在《自然》期刊下属的自然光学期刊发布了一则研究报告，[66]陈永胜教授其团队发现一种特殊三维构型的石墨烯块，在室温且真空无阻力下被光线照射时居然会被推进移动，其效应是巨观的而非微观，半公分立方大小的实验体被光线照射后前进了数公分距离，其原理还是谜，推测可能是该种构型石墨烯在受光后瞬间会产生大电子流，其非常适合用于太空领域的太阳帆，计算得知约50平方米的石墨烯帆能让5公斤的酬载物在20分钟加速到第一宇宙速度。3.石墨烯纳米带为了要赋予单层石墨烯某种电性（比如制造晶体管），会按照特定样式切割石墨烯，形成石墨烯纳米带（Graphene nanoribbon）。切开的边缘形状可以分为锯齿形和扶手椅形。采用紧束缚近似模型做出的计算，预测锯齿形具有金属键性质，又预测扶手椅形具有金属键性质或半导体性质；到底是哪种性质，要依宽度而定。可是，近来根据密度泛函理论计算得到的结果，显示出扶手椅形具有半导体性质，其能隙与纳米带带宽成反比，实验结果确实地展示出，随着纳米带带宽减小，能隙会增大。但是，直至2008年2月，尚没有任何测量能隙的实验试着辨识精确边缘结构。石墨烯纳米带的结构具有高电导率、高热导率、低噪声，这些优良品质促使石墨烯纳米带成为集成电路互连材料的另一种选择，有可能替代铜金属。有些研究者试着用石墨烯纳米带来制成量子点，他们在纳米带的某些特定位置改变宽度，形成量子禁闭（quantum confinement）。石墨烯纳米带的低维结构具有非常重要的光电性能：粒子数反转和宽带光增益。这些优良品质促使石墨烯纳米带放在微腔或纳米腔体中形成激光器和放大器。 根据2012年10月的一份研究表明有些研究者试着用石墨烯纳米带应用于光通信系统，发展石墨烯纳米带激光器。4.集成电路石墨烯具备作为优秀的集成电路电子器件的理想性质。石墨烯具有高的载子迁移率（carrier mobility），以及低噪声，允许它被用作在场效应晶体管的通道。问题是单层的石墨烯制造困难，更难作出适当的基板。根据2010年1月的一份报告中，对SiC外延生长石墨烯的数量和质量适合大规模生产的集成电路。在高温下，在这些样品中的量子霍尔效应可以被测量。另请参阅IBM在2010年的工作的晶体管一节中，速度快的晶体管'处理器'制造了2-英寸（51-毫米）的石墨烯薄片。2011年6月，IBM的研究人员宣布，他们已经成功地创造了第一个石墨烯为基础的集成电路-宽带无线混频器。电路处理频率高达10 GHz，其性能在高达127℃的温度下不受影响。5.石墨烯晶体管2005年，Geim研究组与Kim研究组发现，室温下石墨烯具有10倍于商用硅片的高载流子迁移率（约10 am /V·s），并且受温度和掺杂效应的影响很小，表现出室温亚微米尺度的弹道传输特性（300 K下可达0.3 m），这是石墨烯作为纳电子器件最突出的优势，使电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管成为可能。较大的费米速度和低接触电阻则有助于进一步减小器件开关时间，超高频率的操作响应特性是石墨烯基电子器件的另一显著优势。在现代技术下，石墨烯纳米线可以证明一般能够取代硅作为半导体。6.透明导电电极石墨烯良好的电导性能和透光性能，使它在透明电导电极方面有非常好的应用前景。触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、有机发光二极管等等，都需要良好的透明电导电极材料。特别是，石墨烯的机械强度和柔韧性都比常用材料氧化铟锡优良。由于氧化铟锡脆度较高，比较容易损毁。在溶液内的石墨烯薄膜可以沉积于大面积区域。通过化学气相沉积法，可以制成大面积、连续的、透明、高电导率的少层石墨烯薄膜，主要用于光伏器件的阳极，并得到高达1.71%能量转换效率；与用氧化铟锡材料制成的元件相比，大约为其能量转换效率的55.2%。7.导热材料/热界面材料2011年,美国佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）学者首先报道了垂直排列官能化多层石墨烯三维立体结构在热界面材料中的应用及其超高等效热导率和超低界面热阻。场发射源及其真空电子器件早在2002年，垂直于基底表面的石墨烯纳米墙就被成功制备出来。它被看作是非常优良场致发射电子源材料。最近关于单片石墨烯的电场致电子发射效应也见诸报道。8.超级电容器由于石墨烯具有特高的表面面积对质量比例，石墨烯可以用于超级电容器的导电电极。科学家认为这种超级电容器的储存能量密度会大于现有的电容器。9.海水淡化研究表明，石墨烯过滤器可能大幅度的胜过其他的海水淡化技术。10.太阳能电池南加州大学维特比工程学院的实验室报告高度透明的石墨烯薄膜的化学气相沉积法在2008年的大规模生产。在这个过程中，研究人员创建超薄的石墨烯片，方法是在甲烷气体中的镍板上，由首先沉积的碳原子形成石墨烯薄膜的形式。然后，他们在石墨烯层之上铺一层热塑性保护层，并且在酸浴中溶解掉下面的镍。在最后的步骤中，他们把塑料保护的石墨烯附着到一个非常灵活的聚合物片材，它可以被纳入一个有机太阳能电池（石墨烯光伏电池）。石墨烯/聚合物片材已被生产，大小范围在150平方厘米，和可以用来生产灵活的有机太阳能电池。这可能最终有可能运行能覆盖广泛的地区的廉价太阳能电池，就像报纸印刷机的印刷报纸一样（卷到卷, （roll-to-roll））。2010年，Xinming Li和Hongwei Zhu等人首次将石墨烯与硅结合构建了一种新型的太阳能电池。在这种简易的石墨烯/硅模型中，石墨烯不仅可以作为透明导电薄膜，还可以在与硅的界面处分离光生载流子。这种可以与传统硅材料结合的结构，为推动基于石墨烯的光伏器件开辟了新的研究方向。11.石墨烯生物器件由于石墨烯的可修改化学功能、大接触面积、原子尺寸厚度、分子闸极结构等等特色，应用于细菌侦测与诊断器件，石墨烯是个很优良的选择。科学家希望能够发展出一种快速与便宜的快速电子DNA定序科技。它们认为石墨烯是一种具有这潜能的材料。基本而言，他们想要用石墨烯制成一个尺寸大约为DNA宽度的奈米洞，让DNA分子游过这奈米洞。由于DNA的四个碱基（A、C、G、T）会对于石墨烯的电导率有不同的影响，只要测量DNA分子通过时产生的微小电压差异，就可以知道到底是哪一个碱基正在游过奈米洞。这样，就可以达成目的。12.抗菌物质中国科学院上海分院的科学家发现石墨烯氧化物对于抑制大肠杆菌的生长超级有效，而且不会伤害到人体细胞。假若石墨烯氧化物对其他细菌也具有抗菌性，则可能找到一系列新的应用，像自动除去气味的鞋子，或保存食品新鲜的包装。13.石墨烯感光元件一群来自新加坡专精于石墨烯材质研究的科学家们，现在研发出将石墨烯应用于相机感光元件的最新技术，可望彻底颠覆未来的数位感光元件技术发展。新加坡南洋理工大学学者，研发出了一个以石墨烯作为感光元件材质的新型感光元件，可望透过其特殊结构，让感光元件感光能力比起传统CMOS或CCD要好上1,000倍，而且损耗的能源也仅需原本的1/10。这个感度几乎提升到爆表的最新感光元件技术，根据资料，实际上还真的厉害到超出人眼可视的中红外线范围。与许多新的感光元件技术相同，这项技术初期将率先被应用在监视器与卫星影像领域之中。但研究也指出，此技术终将应用在一般的数码相机 / 摄影机之上，假若真的进入消费领域以石墨烯打造的最新感光元件，还可能制造成本压到现今的1/5低。压力山笑

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。

石墨烯不仅是世上最薄而且也是最坚硬的纳米材料，几乎是完全透明，它具有优异的光学、电学、力学特性，常见的粉体生产的方法有氧化还原法、机械剥离法、SiC外延生长法等。

石墨烯有很多罕见的性质，能有效地传导热和电，导电性也非常高，几乎透明。不仅具有令人难以置信的物理特性，而且作为按重量制作的最坚固的材料被广泛引用。例如，石墨烯在原子小的情况下，可以更紧密地封装处理器内的晶体管，使许多电子行业进一步前进。

石墨烯的难以置信的物理特性实际上应用于各种思想实验。如果至少可以用一米长的线程制造，一些科学家相信这些石墨烯可以一起编织，足够结实灵活，可以成为宇宙电梯的支柱。

石墨烯用途

1、晶体管石墨烯可以用来制造晶体管，由于石墨烯结构的高度稳定性，这种晶体管仍然可以在接近单个原子的尺度上稳定工作。相比之下，硅制成的晶体管将在约10纳米的尺度上失去稳定性；由于石墨烯中的电子对外场反应非常快，石墨烯制成的晶体管可以达到非常高的工作频率。

2、新能源电池

新能源电池也是石墨烯很早的重要商业领域之一，麻省理工学院已经成功地开发出表面有石墨烯纳米涂层的柔性光伏板，这可以大大降低制造透明和可变形太阳能电池的成本。这种电池可用于小型数字设备，如夜视镜和照相机。

此外，石墨烯超级电池的成功研发也解决了新能源汽车电池容量不足、充电时间长的问题，大大加快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平了道路。

3、传感器

石墨烯可以制成化学传感器。这一过程主要是通过石墨烯的表面吸附性能来完成的。根据一些学者的研究，石墨烯化学检测器的灵敏度可以与单分子检测的极限相比较。

石墨烯独特的二维结构使其对周围环境非常敏感。石墨烯是一种理想的电化学生物传感器材料。石墨烯制成的传感器在检测药物中的葡萄糖方面具有良好的灵敏度。

石墨烯的应用---石墨烯电池在电池生产中石墨烯可直接作为正负极材料，或是作为导电添加剂添加到正负极材料中，还有是作为涂层提高电池功率特性。充电和续驶里程问题一直困扰着新能源汽车，这是因为铅酸电池和传统锂电池的发展遭遇“瓶颈”，而石墨烯电池有望在此取得突破。在不久前举行的上海车展上，有车企推出了一款石墨烯钛酸锂电池，可以实现10～15分钟快速充电，可持续充放电超过4万次，油电综合续驶里程可达1000千米以上。2. 石墨烯的应用---石墨烯集成电路由于具备超高电子传输能力和良好的导热能力，石墨烯被认为会取代现在广泛使用的硅而成为下一代集成电路的根基。2010年，美国一个研究团队制成了首块基于石墨烯的晶体管，并将其整合进一块完整的集成电路中。2016年，中国科学家研制出首只低噪声放大单片集成电路。3. 石墨烯的应用---石墨烯触摸屏智能手机最关键的部件是有一块既能导电又非常透明的触摸屏，而石墨烯的良好的柔韧性、导电性和光学透明性完全能满足这一需求，比目前的透明电极材料氧化铟锡（ITO）更完美。韩国研究人员已制造出由多层石墨烯和聚酯片基底组成的透明可弯曲的显示屏，用这种方法还可制造基于石墨烯的太阳能电池、触摸传感器、平板显示器、有机发光二极管等。4. 石墨烯的应用---石墨烯存储器英国、韩国的研究人员还在致力开发基于氧化石墨烯的可弯曲、透明的存储系统。基于石墨烯的新型存储材料成本低、功耗小、重量轻、体积小、存储密度高，可以三维堆积。例如，英国开发的这款石墨烯二氧化钛存储只有50 纳米长、8 纳米厚，写入和读取速度仅需5 纳秒。随着基于石墨烯的触屏、内存等电子器件不断开发，未来可弯曲、全透明的智能手机将成为现实。5. 石墨烯的应用---石墨烯超级材料美国研究人员把柔软的石墨变成了强劲的“钢筋”，过程是把单层二维结构的石墨烯变成具有三维结构的石墨烯泡沫状材料，再用机械性能较强和高导电性的碳纳米管来强化该材料，从而制成“钢筋石墨烯”。中国研究人员利用细小的管状石墨烯构成一个拥有蜂窝状结构的泡沫材料，它像气球一样轻却像金属一样坚固，未来可以用其制造防弹衣、坦克装甲等。6. 石墨烯的应用---癌症早期诊断中国科学家首次发现石墨烯有助于癌症早期诊断。在机体出现异常情况时，核酸分子生物标志物cmocroRNA在血清、尿液以及唾液中含量也会随之改变，但一般检测方法难以捕捉到，而借助石墨烯的强吸附性，可使检测的灵敏度大大提高。通过对捕捉到的cmocroRNA进行综合性分析，即可得出机体是否出现癌变，以及是哪种癌症，对于各类癌症的早期诊断、治疗具有重要意义。7. 石墨烯的应用---石墨烯“人工喉”人的喉咙仅能发出声音而无法感知声音。如果能有一种材料可以同时感知声音、发出声音，并且具有柔性，用其制成“人工喉”，就能解决像霍金那样的肌肉萎缩患者，甚至聋哑人的说话难题。最近，中国研究人员就利用多孔石墨烯材料研发出这种集成声学器件，它通过热声效应发出声音，通过压阻效应接收声音信号。8. 石墨烯的应用---石墨烯灯泡现在传统的白炽灯泡已逐步被白光LED所取代，虽然LED照明功耗低、效果好，但价格高，且制作时需要稀土元素作为原材料。在英国，科学家研制出全新的石墨烯灯泡，拥有比LED灯泡更坚固的结构和更低廉的价格，可让灯泡使用时间延长，进一步减少10%的能源消耗。9. 石墨烯的应用---海水淡化滤膜目前的海水淡化方法需要消耗大量能源，成本高，还会对环境产生负面影响。英国研究人员正在研究以相对廉价的石墨烯氧化物滤膜来进行海水淡化。这是一种可让水分子通过而盐离子滤出的选透性薄膜，不需要高温和高压，因而是一种低成本的海水淡化替代方案。10. 石墨烯的应用---石墨烯除污海绵科学家利用石墨烯“海绵体”超高的比表面积，对有毒有害物质进行吸附，吸附量可达自重的上百倍，吸附之后经过处理还可循环使用。中国科学家在普通海绵表面均匀地包裹上石墨烯涂层，利用其导电、疏水、亲油特性，吸附海面上泄漏的浮油。11.石墨烯的应用---防锈由于石墨烯不会溶于水，因此可以混合聚合物用于防锈涂层。石墨烯不溶于水加上超高导电性，如果与钢结合的话，就可以防止钢接触到水并缓解氧化铁的电化学反应。之前就有一位化学家做了实验，将喷了此涂层的钢浸泡在盐水中，一个月后钢的表面没有任何锈迹出现。设想下，如果喷在汽车上呢，是不是就不怕爱车生锈了！12.石墨烯的应用---扬声器这种扬声器的发声原理是石墨烯通过传输电流产生的热能发声。如果将厚度不足一纳米的一层石墨烯放于玻璃以及两种塑料上（两种不同类型），然后施加交流电，就能听到声音了。这种扬声器不是通过隔膜振动，而是通过石墨烯运输电流发声，最大的优势就在于薄以及柔韧性，可以做成任何形状。13.石墨烯的应用---超级电容我们都知道电容是可以存储电能的，比如相机的闪光灯就是依靠它提供能量。但是单位质量的电容所存储的电能有限，这个时候就要用电池了。然后石墨烯电容可以存储更多的能量，还可以有更多的充放电次数。完全可以不用电池提供能量了。14.石墨烯的应用---清理放射性废弃物这个就是依靠石墨烯的超强吸附能力了。将石墨烯氧化物微粒与放射性物质相结合，然后聚集成团，这样就非常便于后期的收集。以后核废料的清除将变得更安全。15.石墨烯的应用---柔性电子线路电脑的运算速度提高50倍。现在的电脑芯片，最重要的材料是硅。而石墨烯比硅具有更好的导电性能，它可以用更少的电力，产生更小的热量，甚至都可以淘汰掉冷却风扇，而且速度还可以提高50倍。最近也有很多有关石墨烯代替硅的资讯，从当中我们不难预测，未来五年内很有可能第一批石墨烯处理器将诞生并投入市场。16.石墨烯的应用---人工肌肉把一层石墨烯固定在聚合物上，只要有电流通过，就会产生褶皱和伸展。这个用途也是从一个实验开始想到的。在一个实验石墨烯柔韧性的实验上，科学家们把石墨烯固定在准备拉伸的橡胶薄片上，当拉力消失的时候，石墨烯还是稳稳的贴合在薄片上。从这个实验可以想到，如果是把石墨烯贴合到聚合物上呢？只要给聚合物上有电流通过，就会发生伸缩现象了。这不正是我们人体肌肉的关键部分么！17.石墨烯的应用---探测爆炸物对于低浓度爆炸物，可用石墨烯泡沫来探测。这个原理主要是由于石墨烯泡沫能够探测到低浓度的硝酸盐和氨。只要把这个探测器做成电话卡一样的大小就可以了。18.石墨烯的应用---DNA测序石墨烯泡沫过滤器主要是控制石墨烯空隙的大小。这种方法的优点和缺点很有意思，因为优点和缺点分别是成本低和成本高：现有技术是该新技术的三到五倍，然后用于石墨烯DNA测序的设备，价格高达十几万美元。19.石墨烯的应用---夜视专业的夜视设备，将有望更轻便，方便携带。如果是用石墨烯的底片，并且在此底片上添加硫化铅晶体，结果就是夜视设备将更灵敏，更具有柔韧性。这样的话，就可以制造出更薄更方便携带的夜视镜咯！