可穿戴設(shè)備的未來救星：石墨烯材料

可穿戴設(shè)備的未來救星：石墨烯材料

石墨烯是新材料領(lǐng)域一顆耀眼的新星，由于其優(yōu)異的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和微量子性能，有望在電子、新能源、高端制造、醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，未來下游應(yīng)用市場有望達(dá)到萬億元水平。l.預(yù)計(jì)它將首先應(yīng)用于太陽能透明電極、散熱材料和觸摸屏領(lǐng)域。

石墨烯目前正處于工業(yè)化的關(guān)鍵階段，在技術(shù)、工藝和產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)接方面需要大量的資源，工業(yè)化的關(guān)鍵和難點(diǎn)是相關(guān)材料的準(zhǔn)備、轉(zhuǎn)移技術(shù)和上下游產(chǎn)業(yè)鏈的整合，工業(yè)化的發(fā)展需要美國、英國、中國、日本和韓國的T處于前列。

石墨烯業(yè)務(wù)涉及的上市公司很多，但目前正處于研發(fā)試驗(yàn)階段或新的參與階段，尚未對(duì)業(yè)績產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響。

石墨烯是由單層碳原子組成的六角形蜂窩點(diǎn)陣二維平面材料。石墨烯的發(fā)現(xiàn)推翻了先前的概念，即在凝聚態(tài)物理中，二維材料不能在有限的溫度下存在。

石墨烯具有許多優(yōu)良的機(jī)械、光學(xué)、電學(xué)和微觀量子性質(zhì)。它是目前最薄、最硬的納米材料。同時(shí)，它具有普通材料所不具備的許多特性，如良好的透射率、高導(dǎo)熱性、高電子遷移率、低電阻率和高機(jī)械強(qiáng)度。預(yù)計(jì)今后石墨烯將用于電極、電池、晶體管、觸摸屏、太陽能、傳感器和超材料等領(lǐng)域，輕材料、醫(yī)療、海水淡化等應(yīng)用是最有前景的先進(jìn)材料之一。

石墨烯材料可分為兩類：一類是由單層或多層石墨烯組成的薄膜，另一類是由多層石墨烯組成的微芯片。石墨烯薄膜可分為單晶薄膜和多晶薄膜。其中，單晶薄膜可用于集成電路和其他電子器件。電子學(xué)領(lǐng)域，但工業(yè)化還需要時(shí)間，多晶薄膜有望在5-10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，取代ITO玻璃用于觸摸屏（特別是柔性制造屏幕）等需要透明電極的領(lǐng)域，除純石墨烯外，還有許多石墨烯衍生物，將得到廣泛應(yīng)用。未來。

一般來說，石墨烯的應(yīng)用將主要集中在電子、新能源、生物醫(yī)學(xué)、高精度制造、水處理等高科技領(lǐng)域。

在傳感器方面，納米傳感器具有體積小、精度高的特點(diǎn)，與普通傳感器相比，原子級(jí)傳感器具有許多獨(dú)特的微特性，大大拓寬了傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，納米傳感器可廣泛應(yīng)用于生物、化學(xué)、機(jī)械、航空、軍事等領(lǐng)域。無磁傳感器、納米生物傳感器和納米光纖傳感器。納米傳感器的尺寸主要取決于探針的尺寸。隨著工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境監(jiān)測的需要，納米氣體傳感器的研究和開發(fā)取得了很大的進(jìn)展，有望在商業(yè)上處于領(lǐng)先地位。未來的所有應(yīng)用。

目前，利用分散催化劑在SiO 2／Si基體上進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，制備了單壁碳納米管（SWCNT），使傳感器在復(fù)雜的氣體環(huán)境中具有選擇性，與傳統(tǒng)的傳感器相比，其分辨力和靈敏度有了明顯的提高。

單壁碳納米管（swcnts）具有優(yōu)異的電子、機(jī)械等性能，但其制備一直是一個(gè)難題，具有可控結(jié)構(gòu)和性能的單壁碳納米管（swcnts）的制備是其應(yīng)用的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，也是制約其應(yīng)用的瓶頸。SWCNT的研究與應(yīng)用。

石墨烯具有良好的導(dǎo)電性和透光性，在透明導(dǎo)電電極中有很好的應(yīng)用前景，結(jié)果表明，石墨烯的比表面積高達(dá)2600平方米/克，導(dǎo)電性很高，儲(chǔ)能效率幾乎是現(xiàn)有材料的兩倍因此石墨烯是一種理想的電極材料，在替代其它電極材料方面具有廣闊的應(yīng)用前景。甚至商業(yè)超級(jí)電容器中使用的活性炭和其他材料的比表面積也小于1000-1800平方米/克。石墨烯的綜合電性能優(yōu)于現(xiàn)有材料。

ITO（銦錫氧化物）廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)電極材料中，銦價(jià)格昂貴且稀有，業(yè)界正在尋找比ITO更便宜的替代品。石墨烯因其獨(dú)特的導(dǎo)電性和透明性而成為替代材料。石墨烯制成的透明電極不僅具有傳統(tǒng)電極的導(dǎo)電性。也可以彎曲和折疊。在施工過程中可與建筑物結(jié)合，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，透明導(dǎo)電電極不僅可用于太陽能領(lǐng)域，還可用于觸摸屏、液晶屏、發(fā)光LED和超級(jí)電容器等領(lǐng)域，石墨烯電極目前正被全球LA使用。包括觸摸屏和超級(jí)電容器在內(nèi)的各種產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)室，如果能夠成功地商業(yè)化，預(yù)計(jì)未來將改變電子行業(yè)的制造模式。

石墨烯是目前已知的最薄、最強(qiáng)、導(dǎo)電性最好的材料，發(fā)現(xiàn)具有三維疊層多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)的石墨烯可用于制備高靈敏度、高效率的光伏器件，利用太陽能發(fā)電，有望成為新一代的石墨烯。n太陽能電池，未來轉(zhuǎn)換效率更高。

從目前的研究進(jìn)展來看，石墨烯不僅可以用作太陽能電池的透明電極，還可以用作半導(dǎo)體層之間的中間電極。石墨烯最強(qiáng)大的領(lǐng)域是有機(jī)薄膜太陽能電池。在太陽能電池中使用石墨烯作為中間電極的優(yōu)勢(shì)在于，石墨烯是透明的，并且在太陽能電池中具有良好的應(yīng)用前景。d與半導(dǎo)體層兼容。

化學(xué)摻雜可以大大降低石墨烯的表面電阻，調(diào)節(jié)石墨烯的工作性能，使其具有更高的柔性透明導(dǎo)電膜，由石墨烯制成的透明導(dǎo)電膜不僅具有導(dǎo)電透明太陽能轉(zhuǎn)換器所必需的性能，而且具有金屬材料不具備，同時(shí)這種薄膜具有中遠(yuǎn)紅外和高透射率的特性，能顯著提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率。是新一代太陽能電池的理想材料，目前多晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率為30%。理論上，石墨烯太陽能電池有望將轉(zhuǎn)換效率提高到60%。未來，太陽能電池有望實(shí)現(xiàn)小型化，石墨烯可以彎曲透明。預(yù)計(jì)未來將在建筑外墻上安裝石墨烯太陽能電池，使太陽能可用于日常照明和供暖。

目前，富士電機(jī)是石墨烯光伏材料領(lǐng)域的領(lǐng)先制造商之一，公司正在積極開發(fā)石墨烯太陽能電池透明導(dǎo)電薄膜。

超級(jí)電容器是以高比表面積碳電極/電解質(zhì)界面上產(chǎn)生的電容或過渡金屬氧化物/導(dǎo)電聚合物的表面和體相的氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)來存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換能量的電子裝置，其結(jié)構(gòu)類似于電池，包括正極和負(fù)極。負(fù)電極、電解質(zhì)、隔膜和收集器。

超級(jí)電容器作為一種新型的儲(chǔ)能裝置，具有體積小、輸出功率大、充電時(shí)間短、使用壽命長、工作溫度范圍寬、安全無污染等優(yōu)點(diǎn)。為生產(chǎn)高性能超級(jí)電容器，電極材料是超級(jí)電容器的關(guān)鍵，決定了電容器的能量密度、功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性等主要性能指標(biāo)，目前，納米結(jié)構(gòu)活性炭、卡賓槍等將成為一種新型的電源裝置。微超級(jí)電容器的電極材料主要有去轉(zhuǎn)換碳、碳納米管、氧化釕、聚苯胺和聚吡咯，但這些材料的綜合性能不能滿足微能量系統(tǒng)的要求，同時(shí)微超級(jí)電容器的光刻工藝也比較復(fù)雜。生產(chǎn)周期長，成本高，在一定程度上制約了超級(jí)電容器的商業(yè)化。

實(shí)驗(yàn)表明，石墨烯有望成為一種新型高效的超級(jí)電容器電極材料，目前已開發(fā)出一種基于石墨烯的新型微型超級(jí)電容器，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、充放電率高、機(jī)械柔性好等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的固態(tài)電解質(zhì)相比，石墨烯介電體具有更好的性能。集成電路能顯著提高電容器容量和耐久性，可與薄膜鋰離子電池媲美，這種新型石墨烯微電容器有望應(yīng)用于微電子系統(tǒng)、便攜式電子設(shè)備、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、柔性顯示器和各種電子設(shè)備的儲(chǔ)能裝置。N生物體。

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