石墨烯在不同领域的应用与分析

  石墨烯(Graphene)是一种二维晶体,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,其独特的结构使它具有优异的电学、力学、热学和光学等特性,这些优异的物理性质使石墨烯在射频晶体管、超灵敏传感器、柔性透明导电薄膜、超强和高导复合材料、高性能锂离子电池和超级电容器等方面展现出巨大的应用潜力。

  石墨烯的特性

  1、最薄最坚硬

  单层石墨烯厚度只有 0.335 纳米,是头发直径的二十万分之一。

  2、导电性最强

  石墨烯作为理想二维晶体材料,电子运动速度达到光速的 1/300,电导率可达10^6。

  3、载流子迁移率最高

  石墨烯内部载流子迁移率可达 2 × 10^5 cm^2 /Vs,是硅中电子迁移率的 140倍。

  4、导热性最好

  石墨烯是已知的导热系数最高的物质,理论导热率达到 5300 W/mK,是室温下导热最好的材料。

  5、高透光性

  单层石墨烯对光的吸收率仅为 2.3%,且对任何波长都有效,打破了目前常用半导体化合物如砷化镓等的吸收带仅在可见光和近红外端的限制。

  6、超大比表面积

  石墨烯具有 2630 ㎡/g 的超大比表面积,能够作为强力吸附剂与过滤材料,应用于环保、海水淡化等领域,还能充当储能材料负载。

  石墨烯的应用

  1

  电子材料领域

  作为电极材料,石墨烯是绝佳的负极材料,被认为是可以替代硅的芯片材料。另外,石墨烯在柔性屏幕、可穿戴设备、太阳能充电等领域的应用还有待挖掘。

  2

  散热材料领域

  金属材料在散热应用方面存在难于加工、耗费能源、密度过大、导电、易变形以及废料难回收等诸多问题,几乎没有太大的降价空间。而纳米石墨烯导热塑料如应用在LED灯具等产品的散热上,其系统成本至少可以降低30%。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的纳米新材料,是目前人类所发现的几乎完美的平面原子结构,其出色的导电、导热以及散热性能让各行各业均对其寄予厚望。

  石墨烯是二维的单层碳原子晶体,与三维材料相比,其低维结构可显著削减晶界处声子的边界散射,并赋予其特殊的声子扩散模式。石墨烯所具有的快速导热与散热特性使得石墨烯成为极佳的散热材料,可用于智能手机、平板电脑、大功率节能led照明、卫星电路、激光武器等的散热。

  3

  汽车领域

  石墨烯润滑油

  有自修复性能:石墨烯纳米微粒可填充磨损微孔、划痕,对摩擦副表面进行修复功能;

  形成润滑保护膜:石墨烯纳米微粒在摩擦表面形成“滚珠轴承”,具有自润滑性能;

  抗磨性能:石墨烯纳米微粒对摩擦副凹凸表面起填充作用,摩擦化学反应在摩擦副间形成了稳定的第三体,增加抗磨性能;

  石墨烯纳米微粒优异的清洁分散性能,可使油品迅速扩散成膜;

  石墨烯独有的分水性能,可以有效防止乳化;

  有很好的抗氧散热性,有效延长机油使用周期。

  动力汽车

  利用石墨烯所具有的超薄超轻、优异电化学性能、较高比表面积、电子和离子传导性能及特殊的二维单原子层结构,可以将其应用于动力电池石墨烯负极复合材料、锂电池正极导电剂和石墨烯功能涂层铝箔等。极大地减轻电池重量从而降低整车质量,延长电池使用寿命,大大提高电动汽车的续航里程和充电速度。

  汽车夜视功能

  新型石墨烯材料出现,未来汽车可能有夜视功能。原理是将石墨烯应用到热成像设备的芯片中,制成红外传感器,未来如果应用在汽车前挡风玻璃上,那夜晚开车能看到的范围更广,也更清晰,或许对于交通安全也是一大助力。

  汽车轮胎

  利用石墨烯超薄、超轻,高机械强度、高导热等优越特性,在汽车轮胎中进行应用,获得的轮胎较传统轮胎性能有较大改善。具有高耐磨、耐抗刺扎,减少爆胎几率,强抓地力的特点。

   4

  生物医学领域

  石墨烯具有突出的力学性能和生物相容性,将其作为增强填料可显著提高生物材料的力学性能。

  生物传感器是生命分析化学及生物医学领域中的重要研究方向,已广泛应用于临床疾病诊断和治疗研究。石墨烯制成的生物传感器对生命分析领域的快速发展具有重要现实意义。

  5

  军工领域

  由于石墨烯具有高导电性、高韧度、高强度、超大比表面积等特点,业内人士认为,石墨烯在航天军工等领域有广泛应用。据悉,我国科学家发现石墨烯可做太空动力源。通过对石墨烯在光作用下的运动现象的研究表明,石墨烯材料可将光能直接转化为动能,这标志着石墨烯材料将成为一种新的动力来源,这种动力源将远高于光压现象所产生的动力源。未来,石墨烯可能为星际探索、卫星变轨等提供无尽的动力。

  结语

  石墨烯由于优越的特性,业内预计未来5至10年,全球石墨烯产业规模会超过1000亿美元。就目前情况来讲,石墨烯市场化的最大阻碍是市场需求和价格,石墨烯未来产业化之路遥遥,需要政府的支持,和研发人员的开拓创新,相信通过共同努力,石墨烯将在更多的领域大放异彩。

  来源:涂布在线

2018深圳国际全触与显示展将于2018年11月22日-24日在深圳会展中心举办,期待您的莅临!


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