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石墨烯有哪些应用前景

石墨烯有哪些应用前景

  • 分类:行业动态
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  • 发布时间:2022-06-17
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【概要描述】石墨烯(Graphene)是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料 [1]  。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,那么石墨烯有哪些应用前景呢?

石墨烯有哪些应用前景

【概要描述】石墨烯(Graphene)是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料 [1]  。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,那么石墨烯有哪些应用前景呢?

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石墨烯(Graphene)是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料 [1]  。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,那么石墨烯有哪些应用前景呢?
第一应用:首当其冲就是电池领域的应用

石墨烯电池并非整个电池都用石墨烯材料制作,而是在电池的电极或浆料使用、添加石墨烯材料。

一般来讲很多非专业的童鞋会有一种错误的认知,就是石墨烯电池厉害是由于用它能跑很远(能量密度高)。

其实主要是石墨烯在电池中可以有效降低电池内阻,提升电池倍率、充放电性能和循环寿命,并且电池的弯折对充放电性能没有影响。

首当二冲就是锂离子电池

为啥是锂离子电池,因为它有病,啥病?可逆比容量低、倍率性能差、低温性能差、循环寿命短及安全性能较差。

咋治?π电子的离域键和离域晶格赋予石墨烯良好的导电性载流子和传热性质。因此,石墨烯被认为是锂离子电池的理想电极材料。

石墨烯的使用不仅改善了锂离子电池的电化学性质,而且还改善了电极材料和电池的导热性。

石墨烯第二应用:石墨烯功能涂料
石墨烯涂料技术是较为成熟的一种技术,国内已有多种石墨烯涂料产品实现应用。

很明显石墨烯能变成涂料,与其在光学、电学、热力学及摩擦学中的优秀表现密不可分。例如,石墨烯特殊的二维片层结构,有良好的化学稳定性,在涂层中层错排列不仅可以阻挡腐蚀介质的渗透形成物理阻隔,而且石墨烯的表面很大,应用较少的石墨烯就可以起到有效的阻挡和物理屏蔽作用。

同样由于石墨烯具有独特的二维层状结构,分散于散热涂料中,可以延缓有机涂层受热产生的变形和流动,而且石墨烯的层内高导热系数特性,确保热量快速分散于整个片层。

同时,石墨烯的层与层之间导热性很差,这样对于里外隔热的效果是很好的,使涂层内外表面具有较大的温度梯度,有助于保护温度敏感设备,如果应用在保暖衣服上是不是很爽?另外,石墨烯掺杂磁性粒子

可以确保材料同时具有导电性与强磁性,可很好地与电磁屏蔽等特种功能涂料相结合。

石墨烯第三变:石墨烯复合材料
石墨烯复合材料原理其实与石墨烯功能涂料是一样的道理。只不过涂料的表现更趋向于石墨烯的特性,而石墨烯复合材料更多的是对被复合材料某种性能的提升。那么他们是怎么的一种相互存在方式呢?

如果把石墨烯看做是A,把要复合的第二组分材料称作为B那么:

(1)负载式(手拉手-冰糖葫芦)B往A身上凑,A拉着B

(2)包裹式(包饺子)A把B紧紧裹住,深怕B受到外界影响变了形。

(3)内嵌式(嗯,有点像将一把麦片(石墨烯)撒入一堆黑芝麻(第二组分复合材料)中的感觉)
     (4)层状式(三明治)

石墨烯第四应用:石墨烯膜
石墨烯膜的主要应用方向为电子产品(柔性显示屏)、筛选工具。

柔性显示屏(柔性好,易于弯曲,妈妈再也不怕我的手机摔坏了~)

氧化石墨烯薄膜对离子有很强的选择特性,可以快速筛选离子,此筛选效应不仅对离子尺寸要求非常精准,而且要比经典的浓度扩散快上千倍渗透特性,这使其不仅在污水处理,作为渗透膜应用于海水淡化等方面也具备很好的应用前景。

石墨烯第五应用:石墨烯电子产品
石墨烯的发展前景广阔,在电子产品应用领域展望一下:

因其具有吸引力的温室道场效应,适合在电子工程领域开发和深入研究,可增强主电路开关的时效性,缩短了开关的时间,加快了响应的速度,在石墨烯上集成整个电路,有效的减小集成体积。

石墨烯第六应用:石墨传感器
石墨烯有着独特的物理属性,是一种稳定的材料,有着良好的机械拉伸性与电子属性,从而使得其在很多传感领域有应用,同时由于每个原子与感应环境相接触且石墨烯的电学属性可以通过这种接触而改变,因此基于石墨烯的纳米结构在传感器领域有极大的前景。

石墨烯第七应用:石墨烯生物医学应用
早在2012年的时候, 美帝科学家研究出一种能探测人体体内病菌的牙齿芯片,这是由石墨烯材料制作的平面电子芯片传感器,将其安装在牙齿表面,可在病人一呼一吸间搜集口腔内的细菌信息,通过内置的无线网络将信息传送至计算机中,医务人员可分析细菌是否有进一步感染和扩散的可能。

在现阶段的生物医学角度来讲,我们伟大的技术人员已经能通过石墨烯完成基因递送、生物传感器制作、癌细胞显影以及其他有关的骚操作 。

另外石墨烯材料在心血管预防和治疗、人工智能以及医疗器械结合、改善人体生物钟和深度睡眠中也在不断探索中,一些领域也取得了丰硕的成果。

石墨烯第八应用:石墨烯环保材料
石墨烯,尤其是氧化石墨烯,表面包含大量的活性官能团,如羧鸡、羟鸡、羰鸡等,比表面鸡巨大。

因此吸附能力很强,对污水的微污染物具有良好的去除能力;同时它作为吸附剂使用时,石墨烯的质量要求不是很高,降低了实际应用的难度。

石墨烯对污水中的氟离子、铅、铜、镉离子和有机物都具有良好的吸附去除能力,吸附效率高、吸附容量大,已有研究表明,石墨烯对汞的去除能力比其他吸附剂高5倍,对铅的吸附量是活性炭的10倍之多。

石墨烯第九应用:石墨烯催化剂
石墨烯是理想的催化剂载体,除了光催化和电催化,石墨烯基复合材料在氢化和氧化等方面也有广泛的应用。在催化领域中,石墨烯的不完美褶皱以及表面缺陷恰巧使得它能更好的应用于催化领域。

石墨烯第十应用:石墨烯抗菌剂
合肥微晶材料科技生产的石墨烯抗菌剂WJAB-1是一种水性纳米无机非离子型抗菌剂,主要成份为改性石墨烯。经过纳米技术处理,克服了一般的有机抗菌剂耐热性差些,容易水解,有效期短的问题。该石墨烯抗菌剂产品不含甲醛、重金属、芳香胺等有害物质,对人体安全无害,符合国家安全检测标准。通过CMA及CNAS相关检测,具有非常高的广谱抗菌性,经WJAB-1抗菌剂处理后的基材,对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌、绿脓杆菌、真菌等,均具有优异的杀菌和抑菌作用。

产品使用简便,易溶于水,耐热性能优异,对基材外观影响小,易吸附在基材表面。可广泛用于纺织品、水性涂料、污水处理、家具表面处理、洗手液、洗衣液等洗护产品中。

最后:很多产品都还是在实验室阶段,为了使石墨烯广泛应用到生活中,还需要进一步探索其制备方法与应用技术,以实现大规模量产化。其优异的力学、光学、电学性能、良好的生物相容性及优异的存储性等势必会使其在更高端的应用中大放光彩,如芯片、太空电梯、生物材料及新型存储器、传感器等方面展现出更加诱人的应用前景。

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