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[導讀]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、超出鋼鐵數十倍的強度和極好的透光性,它的

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。

未來新節(jié)奏

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。

石墨烯

石墨烯碳原子結構模型

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。

石墨烯傳感器

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%。

15寸單層石墨烯

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。

石墨烯納米

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。

石墨烯集成電路

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。

世上最小的調頻廣播發(fā)射器

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。

bdataSTICKIES“便利貼”

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據存儲器dataSTICKIES問世,dataSTICKIES的外形很像人們日常使用的便利貼。

dataSTICKIES

dataSTICKIES通過特殊的導電膠粘貼到光數據傳輸表面(ODTS)進行數據傳輸,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。

石墨烯表面區(qū)域

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。

電動汽車

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。

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