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    石墨烯有哪些應用前景

    石墨烯有哪些應用前景

    • 分類:行業動態
    • 作者:
    • 來源:
    • 發布時間:2022-06-17
    • 訪問量:834

    【概要描述】石墨烯(Graphene)是一種以sp2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的新材料 [1]??。石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性,在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景,那么石墨烯有哪些應用前景呢?

    石墨烯有哪些應用前景

    【概要描述】石墨烯(Graphene)是一種以sp2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的新材料 [1]??。石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性,在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景,那么石墨烯有哪些應用前景呢?

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    石墨烯(Graphene)是一種以sp²雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的新材料 [1]  。石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性,在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景,那么石墨烯有哪些應用前景呢?
    第一應用:首當其沖就是電池領域的應用

    石墨烯電池并非整個電池都用石墨烯材料制作,而是在電池的電極或漿料使用、添加石墨烯材料。

    一般來講很多非專業的童鞋會有一種錯誤的認知,就是石墨烯電池厲害是由于用它能跑很遠(能量密度高)。

    其實主要是石墨烯在電池中可以有效降低電池內阻,提升電池倍率、充放電性能和循環壽命,并且電池的彎折對充放電性能沒有影響。

    首當二沖就是鋰離子電池

    為啥是鋰離子電池,因為它有病,啥???可逆比容量低、倍率性能差、低溫性能差、循環壽命短及安全性能較差。

    咋治?π電子的離域鍵和離域晶格賦予石墨烯良好的導電性載流子和傳熱性質。因此,石墨烯被認為是鋰離子電池的理想電極材料。

    石墨烯的使用不僅改善了鋰離子電池的電化學性質,而且還改善了電極材料和電池的導熱性。

    石墨烯第二應用:石墨烯功能涂料
    石墨烯涂料技術是較為成熟的一種技術,國內已有多種石墨烯涂料產品實現應用。

    很明顯石墨烯能變成涂料,與其在光學、電學、熱力學及摩擦學中的優秀表現密不可分。例如,石墨烯特殊的二維片層結構,有良好的化學穩定性,在涂層中層錯排列不僅可以阻擋腐蝕介質的滲透形成物理阻隔,而且石墨烯的表面很大,應用較少的石墨烯就可以起到有效的阻擋和物理屏蔽作用。

    同樣由于石墨烯具有獨特的二維層狀結構,分散于散熱涂料中,可以延緩有機涂層受熱產生的變形和流動,而且石墨烯的層內高導熱系數特性,確保熱量快速分散于整個片層。

    同時,石墨烯的層與層之間導熱性很差,這樣對于里外隔熱的效果是很好的,使涂層內外表面具有較大的溫度梯度,有助于保護溫度敏感設備,如果應用在保暖衣服上是不是很爽?另外,石墨烯摻雜磁性粒子

    可以確保材料同時具有導電性與強磁性,可很好地與電磁屏蔽等特種功能涂料相結合。

    石墨烯第三變:石墨烯復合材料
    石墨烯復合材料原理其實與石墨烯功能涂料是一樣的道理。只不過涂料的表現更趨向于石墨烯的特性,而石墨烯復合材料更多的是對被復合材料某種性能的提升。那么他們是怎么的一種相互存在方式呢?

    如果把石墨烯看做是A,把要復合的第二組分材料稱作為B那么:

    (1)負載式(手拉手-冰糖葫蘆)B往A身上湊,A拉著B

    (2)包裹式(包餃子)A把B緊緊裹住,深怕B受到外界影響變了形。

    (3)內嵌式(嗯,有點像將一把麥片(石墨烯)撒入一堆黑芝麻(第二組分復合材料)中的感覺)
         (4)層狀式(三明治)

    石墨烯第四應用:石墨烯膜
    石墨烯膜的主要應用方向為電子產品(柔性顯示屏)、篩選工具。

    柔性顯示屏(柔性好,易于彎曲,媽媽再也不怕我的手機摔壞了~)

    氧化石墨烯薄膜對離子有很強的選擇特性,可以快速篩選離子,此篩選效應不僅對離子尺寸要求非常精準,而且要比經典的濃度擴散快上千倍滲透特性,這使其不僅在污水處理,作為滲透膜應用于海水淡化等方面也具備很好的應用前景。

    石墨烯第五應用:石墨烯電子產品
    石墨烯的發展前景廣闊,在電子產品應用領域展望一下:

    因其具有吸引力的溫室道場效應,適合在電子工程領域開發和深入研究,可增強主電路開關的時效性,縮短了開關的時間,加快了響應的速度,在石墨烯上集成整個電路,有效的減小集成體積。

    石墨烯第六應用:石墨傳感器
    石墨烯有著獨特的物理屬性,是一種穩定的材料,有著良好的機械拉伸性與電子屬性,從而使得其在很多傳感領域有應用,同時由于每個原子與感應環境相接觸且石墨烯的電學屬性可以通過這種接觸而改變,因此基于石墨烯的納米結構在傳感器領域有極大的前景。

    石墨烯第七應用:石墨烯生物醫學應用
    早在2012年的時候, 美帝科學家研究出一種能探測人體體內病菌的牙齒芯片,這是由石墨烯材料制作的平面電子芯片傳感器,將其安裝在牙齒表面,可在病人一呼一吸間搜集口腔內的細菌信息,通過內置的無線網絡將信息傳送至計算機中,醫務人員可分析細菌是否有進一步感染和擴散的可能。

    在現階段的生物醫學角度來講,我們偉大的技術人員已經能通過石墨烯完成基因遞送、生物傳感器制作、癌細胞顯影以及其他有關的騷操作 。

    另外石墨烯材料在心血管預防和治療、人工智能以及醫療器械結合、改善人體生物鐘和深度睡眠中也在不斷探索中,一些領域也取得了豐碩的成果。

    石墨烯第八應用:石墨烯環保材料
    石墨烯,尤其是氧化石墨烯,表面包含大量的活性官能團,如羧雞、羥雞、羰雞等,比表面雞巨大。

    因此吸附能力很強,對污水的微污染物具有良好的去除能力;同時它作為吸附劑使用時,石墨烯的質量要求不是很高,降低了實際應用的難度。

    石墨烯對污水中的氟離子、鉛、銅、鎘離子和有機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,石墨烯對汞的去除能力比其他吸附劑高5倍,對鉛的吸附量是活性炭的10倍之多。

    石墨烯第九應用:石墨烯催化劑
    石墨烯是理想的催化劑載體,除了光催化和電催化,石墨烯基復合材料在氫化和氧化等方面也有廣泛的應用。在催化領域中,石墨烯的不完美褶皺以及表面缺陷恰巧使得它能更好的應用于催化領域。

    石墨烯第十應用:石墨烯抗菌劑
    合肥微晶材料科技生產的石墨烯抗菌劑WJAB-1是一種水性納米無機非離子型抗菌劑,主要成份為改性石墨烯。經過納米技術處理,克服了一般的有機抗菌劑耐熱性差些,容易水解,有效期短的問題。該石墨烯抗菌劑產品不含甲醛、重金屬、芳香胺等有害物質,對人體安全無害,符合國家安全檢測標準。通過CMA及CNAS相關檢測,具有非常高的廣譜抗菌性,經WJAB-1抗菌劑處理后的基材,對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌、綠膿桿菌、真菌等,均具有優異的殺菌和抑菌作用。

    產品使用簡便,易溶于水,耐熱性能優異,對基材外觀影響小,易吸附在基材表面??蓮V泛用于紡織品、水性涂料、污水處理、家具表面處理、洗手液、洗衣液等洗護產品中。

    最后:很多產品都還是在實驗室階段,為了使石墨烯廣泛應用到生活中,還需要進一步探索其制備方法與應用技術,以實現大規模量產化。其優異的力學、光學、電學性能、良好的生物相容性及優異的存儲性等勢必會使其在更高端的應用中大放光彩,如芯片、太空電梯、生物材料及新型存儲器、傳感器等方面展現出更加誘人的應用前景。

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