石墨烯材料的十大用途及應(yīng)用領(lǐng)域有哪些

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(jié)構(gòu)的新材料。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來革命性的材料。

石墨烯具有以下應(yīng)用范圍：

一、電池領(lǐng)域

石墨烯電池并非整個(gè)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。石墨烯在電池中可以有效降低電池內(nèi)阻，提升電池倍率、充放電性能和循環(huán)壽命，并且電池的彎折對(duì)充放電性能沒有影響。

石墨烯被認(rèn)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(xué)性質(zhì)，而且還改善了電極材料和電池的導(dǎo)熱性。

二、功能涂料

石墨烯涂料技術(shù)是較為成熟的一種技術(shù)，國(guó)內(nèi)已有多種石墨烯涂料產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。石墨烯特殊的二維片層結(jié)構(gòu)，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在涂層中層錯(cuò)排列不僅可以阻擋腐蝕介質(zhì)的滲透形成物理阻隔，而且石墨烯的表面很大，應(yīng)用較少的石墨烯就可以起到有效的阻擋和物理屏蔽作用，如在海洋防污涂料中的應(yīng)用，將石墨烯/TiO₂ 復(fù)合材料添加到水性聚氨酯涂料中，研究其對(duì)涂料的抗菌滅菌性、表面性能等的影響，對(duì)植物和動(dòng)物性海洋附著生物有防附作用，且有較長(zhǎng)的防污期效；如在水泥涂料中的應(yīng)用，將石墨烯加入到以丙烯酸酯類聚合物與水泥復(fù)合而成的聚合物水泥防水涂料中，石墨烯豐富的含氧基團(tuán)可調(diào)節(jié)水泥水化產(chǎn)物的生長(zhǎng)，使涂膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、抗?jié)B性等物理性能得到明顯提升。

三、復(fù)合材料

石墨烯復(fù)合材料原理其實(shí)與石墨烯功能涂料是一樣的道理。只不過涂料的表現(xiàn)更趨向于石墨烯的特性，而石墨烯復(fù)合材料更多的是對(duì)被復(fù)合材料某種性能的提升。

四、石墨烯膜

石墨烯膜的主要應(yīng)用方向?yàn)殡娮赢a(chǎn)品（柔性顯示屏）、篩選工具。

氧化石墨烯薄膜對(duì)離子有很強(qiáng)的選擇特性，可以快速篩選離子，此篩選效應(yīng)不僅對(duì)離子尺寸要求非常精準(zhǔn)，而且要比經(jīng)典的濃度擴(kuò)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(yīng)用于海水淡化等方面也具備很好的應(yīng)用前景。

五、電子產(chǎn)品

石墨烯的發(fā)展前景廣闊，因其具有吸引力的溫室道場(chǎng)效應(yīng)，適合在電子工程領(lǐng)域開發(fā)和深入研究，可增強(qiáng)主電路開關(guān)的時(shí)效性，縮短了開關(guān)的時(shí)間，加快了響應(yīng)的速度，在石墨烯上集成整個(gè)電路，有效的減小集成體積。

六、石墨傳感器

石墨烯有著獨(dú)特的物理屬性，是一種穩(wěn)定的材料，有著良好的機(jī)械拉伸性與電子屬性，從而使得其在很多傳感領(lǐng)域有應(yīng)用，同時(shí)由于每個(gè)原子與感應(yīng)環(huán)境相接觸且石墨烯的電學(xué)屬性可以通過這種接觸而改變，因此基于石墨烯的納米結(jié)構(gòu)在傳感器領(lǐng)域有極大的前景。

七、石墨烯生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

在現(xiàn)階段的生物醫(yī)學(xué)角度來講，我們偉大的技術(shù)人員已經(jīng)能通過石墨烯完成基因遞送、生物傳感器制作、癌細(xì)胞顯影等。另外石墨烯材料在心血管預(yù)防和治療、人工智能以及醫(yī)療器械結(jié)合、改善人體生物鐘和深度睡眠中也在不斷探索中，一些領(lǐng)域也取得了豐碩的成果。

八、環(huán)保材料

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

九、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(fù)合材料在氫化和氧化等方面也有廣泛的應(yīng)用。在催化領(lǐng)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(yīng)用于催化領(lǐng)域。

十、石墨烯抗菌劑

石墨烯抗菌劑使用簡(jiǎn)便，易溶于水，耐熱性能優(yōu)異，對(duì)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(hù)產(chǎn)品中。

很多產(chǎn)品都還是在實(shí)驗(yàn)室階段，為了使石墨烯廣泛應(yīng)用到生活中，還需要進(jìn)一步探索其制備方法與應(yīng)用技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)化。其優(yōu)異的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)性能、良好的生物相容性及優(yōu)異的存儲(chǔ)性等勢(shì)必會(huì)使其在更高端的應(yīng)用中大放光彩，如芯片、太空電梯、生物材料及新型存儲(chǔ)器、傳感器等方面展現(xiàn)出更加誘人的應(yīng)用前景。