由于石墨烯的發(fā)現(xiàn)，研究人員在2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。我們何時(shí)能看到世界上最新穎的材料所生產(chǎn)的產(chǎn)品呢？這篇文章或許能給大家撥開迷霧。

1、利用石墨烯膜可以將鹽從海水中分離

地球表面大部分被水所覆蓋，但是由于大量的鹽的存在，使得我們很難將它當(dāng)做飲用水的來源。為了解決這個(gè)問題，曼徹斯特大學(xué)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種可擴(kuò)展的、孔徑大小均勻的氧化石墨烯薄膜，它可以過濾掉極其微小的鹽顆粒，而不過多影響水的流動。

由于石墨烯膜被淹沒在水中時(shí)會變得膨脹起來，它不能過濾掉那些極其微小的普通鹽離子。為此，他們找到一個(gè)通過物理方式來控制薄膜在水中膨脹程度的方法。該方法使它們比普通鹽離子的孔徑更小，從而過濾掉不想要的鹽、顆粒和分子。與此同時(shí)，這種薄膜仍然允許水流十分順利地通過。

從長遠(yuǎn)來看，有研究小組指出，調(diào)整孔徑大小以過濾特定離子的基本思想可以應(yīng)用于不同的薄膜，也有著不同的用途。

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2、變形或破裂時(shí)可變色的石墨烯涂層可檢測裂紋

德國萊布尼茲聚合物研究所研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種石墨烯涂層，它在變形或破裂時(shí)可改變顏色。例如，機(jī)翼和其他飛機(jī)部件可以出現(xiàn)微小的裂紋，當(dāng)受到突然的壓力時(shí)，可能會導(dǎo)致故障。在這項(xiàng)新的努力中，研究人員已經(jīng)開發(fā)了一種這種材料的涂層，這將使檢查員更容易發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致故障的微小裂紋。

通過使用特殊的沉積方法重疊具有有序和無序特點(diǎn)的石墨烯納米片（GNP），實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的魚鱗結(jié)構(gòu)。通過精細(xì)平行多層膜的機(jī)械調(diào)諧觀察到可變結(jié)構(gòu)著色。此外，結(jié)合可變結(jié)構(gòu)著色和電氣感測功能的方法，使用幾種顏色來解決交通燈中的危險(xiǎn)報(bào)警和安全性系統(tǒng)，他們?yōu)椴牧瞎收锨暗奈ｋU(xiǎn)等級和微裂紋的早期警告帶來了第一個(gè)有價(jià)值的步驟。

3、石墨烯光電晶體管有望用于光學(xué)技術(shù)

石墨烯是一種薄碳層，可應(yīng)用于光電方面，研究人員正在努力研發(fā)石墨烯光電探測器，這些器件對許多技術(shù)都至關(guān)重要。然而，由石墨烯制成的典型光電探測器僅僅能小面積感應(yīng)光，因而也限制了其性能。

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應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備

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目前，研究人員通過將石墨烯與相對質(zhì)量較大的碳化硅材料相結(jié)合，研制出了可被光激活的石墨烯場效應(yīng)晶體管，因而解決了這個(gè)問題。高性能光電探測器可應(yīng)用于諸多方面，包括天體物理學(xué)高速通信、超靈敏攝像機(jī)、感測應(yīng)用、可穿戴電子設(shè)備等。另外石墨烯晶體管陣列會帶來高分辨率成像和顯示。未來研究方向重要包括探索諸如閃爍體、天體物理學(xué)成像技術(shù)和高能輻射傳感器等。

4、石墨烯有望促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞再生

一種非常規(guī)的工程技術(shù)也許能夠克服神經(jīng)再生的障礙。來自愛荷華州立大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出了一種利用噴墨打印機(jī)的納米技術(shù)，這種技術(shù)可以生成多層石墨烯電路。這種技術(shù)的最終結(jié)果有望將間質(zhì)干細(xì)胞（形成骨、軟骨和脂肪細(xì)胞）轉(zhuǎn)化為施旺細(xì)胞，這種細(xì)胞在促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的康復(fù)中起著多種用途。

在一份聲明中，共同第一作者、愛荷華州的生物化學(xué)工程博士后研究員MetinUz說，這項(xiàng)技術(shù)可能會獲得一個(gè)更好的方法來分化干細(xì)胞。然而，改進(jìn)這種方法可能會影響體內(nèi)受損神經(jīng)的修復(fù)方式。

根據(jù)該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果，可以得出結(jié)論：靈活的石墨烯電極可以適應(yīng)損傷部位，并為神經(jīng)細(xì)胞再生供應(yīng)了直接的電刺激，這些結(jié)果為體內(nèi)神經(jīng)再生鋪平了道路。

5、用石墨烯和金去做優(yōu)良腦探測器

來自韓國的一支研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了更高效的神經(jīng)電極，可以最大限度地減少組織損傷，還能傳輸清晰的腦信號。通常，電極越小，檢測信號越困難。然而，韓國大邱慶北科技研究院的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種小型，靈活和清晰的腦信號檢測器。

檢測器由記錄大腦信號的電極組成。信號沿著互聯(lián)線傳到連接器，將信號傳輸?shù)綔y量和分析信號的機(jī)器上。這些組合的材料新增了探針（探測器）的有效表面積，導(dǎo)電性能和電極強(qiáng)度，同時(shí)仍保持柔軟性和與軟組織的相容性。

這意味著電極可以收縮，但不會減少信號檢測?；ヂ?lián)線由石墨烯和金的混合物制成。石墨烯是柔軟的，金是優(yōu)良導(dǎo)體。研究人員測試了探針，發(fā)現(xiàn)它能清晰讀取大鼠腦信號，比標(biāo)準(zhǔn)的平面金電極好得多。該探針要在廣泛商業(yè)化之前進(jìn)行進(jìn)一步的臨床測試。

6、石墨烯中的可控制電子為開發(fā)潛在電子設(shè)備供應(yīng)新契機(jī)

科學(xué)家第一次在石墨烯中創(chuàng)造出了可調(diào)諧的人造原子。研究結(jié)果表明，限制用于控制石墨烯電子的技術(shù)是可行、可控、可逆的。電子的能量狀態(tài)是可調(diào)節(jié)的。這種可調(diào)性為研究石墨烯中獨(dú)特的物理電子行為開辟了新途徑。此外，它還供應(yīng)了一種通過使用以石墨烯為重要設(shè)備的方法，促進(jìn)了未來的電子技術(shù)，通信和傳感器。

羅格斯大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種技術(shù)，可以穩(wěn)定地保持和控制修改石墨烯中局部的電荷狀態(tài)。該小組進(jìn)一步證明，在外部電場用途下，空位處的準(zhǔn)邊界狀態(tài)是可調(diào)的。捕獲機(jī)制可以打開和關(guān)閉，從而供應(yīng)了一種新的范例來控制和引導(dǎo)石墨烯中的電子。

7、石墨烯納米帶可實(shí)現(xiàn)超敏感質(zhì)量檢測

我國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用懸浮在溝槽上的石墨烯納米棒，通過單電子晶體管（SET）發(fā)現(xiàn)了納米機(jī)械運(yùn)動與電導(dǎo)之間的聯(lián)系。

郭國平和他的團(tuán)隊(duì)通過絲帶測量電流時(shí)，有了一些非常顯著的發(fā)現(xiàn)。當(dāng)調(diào)節(jié)施加到色帶端部的交流柵極電壓的頻率時(shí)，它他們發(fā)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動與單個(gè)電子進(jìn)出帶的流動耦合；通過在較高功率下驅(qū)動色帶，系統(tǒng)進(jìn)入非線性狀態(tài)。從這個(gè)角度看，血紅蛋白和其他典型的蛋白質(zhì)在這個(gè)規(guī)模上有質(zhì)量。

它們還供應(yīng)了探索超過現(xiàn)有技術(shù)解決方法的納米級現(xiàn)象的途徑，可以揭示一系列領(lǐng)域的問題。

8、石墨烯海綿添加劑可用于增強(qiáng)鋰離子電池性能

來自日本NEC公司的研究員錢成開發(fā)了一種多孔石墨烯海綿添加劑，也稱為MagicG，可用于鋰離子電池的陽極和陰極，以提高其速率和功率性能。盡管經(jīng)過多年的研究和開發(fā)，鋰離子電池顯示出一些很好的性能，但由于充放電能力差和高倍率性能，它們?nèi)匀皇艿降凸牡挠绊憽?/p>

錢成開發(fā)了一種蜂窩狀多孔石墨烯海綿，也被稱為魔術(shù)G（MG），具有高導(dǎo)電性，高比表面積和高電解質(zhì)吸收能力。海綿已經(jīng)作為添加劑摻入鋰離子電池的陽極和陰極，以提高速率能力和高速率循環(huán)性。

由于添加劑引入后而出現(xiàn)的電極特性，關(guān)于用于電動汽車輛的鋰離子電池是必不可少的。錢成還期待進(jìn)一步優(yōu)化未來的結(jié)構(gòu)，以獲得更高的性能。

9、無水環(huán)境下，石墨烯氫燃料動力電池膜可提升電池效率

匹茲堡大學(xué)斯旺森工程學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，石墨烯（二氧化碳和氫氣的二維聚合物）具有一種不尋常的特性，它可以形成一種無水的管道，也就是說不要水就可運(yùn)輸質(zhì)子。無形之中引領(lǐng)了開發(fā)氫燃料動力電池的潮流，這種燃料可用于車輛和其他能源系統(tǒng)。

質(zhì)子傳導(dǎo)膜（PEM）是質(zhì)子交換膜燃料動力電池的核心所在，在燃料動力電池內(nèi)部，質(zhì)子交換膜為質(zhì)子的遷移和輸送供應(yīng)通道。此膜對溫度和含水量要求高，當(dāng)溫度過高或濕度下降，這會消耗水膜并阻止質(zhì)子遷移穿過膜。

約翰遜博士說：我們的計(jì)算機(jī)模型表明，由于石墨烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使得它非常適合在無水條件下，通過電路快速地實(shí)現(xiàn)質(zhì)子跨膜和電子傳遞。這表明將氫燃料動力電池車做為未來最佳的替代車輛，已指日可待。

10、石墨烯膜可使核去污能量減少100倍

根據(jù)曼徹斯特大學(xué)的研究，與現(xiàn)有技術(shù)相比，石墨烯可有助于核電廠生產(chǎn)重水和去污能耗成本減少超過100倍。MarceloLozada-Hidalgo博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)展示了一種可完全擴(kuò)展的石墨烯膜原型，這種石墨烯膜能夠更加有效地生產(chǎn)重水，從而出現(xiàn)更環(huán)保并且更便宜的核電。

現(xiàn)在，曼徹斯特集團(tuán)開發(fā)了可完全擴(kuò)展的原型膜，并展示了中試規(guī)模研究中的同位素分離。他們發(fā)現(xiàn)高效率的分離將顯著降低要處理的原始同位素混合物的投入量，這降低了資本成本和能源需求。

研究人員認(rèn)為，超重氫凈化的能源效益在未來將會更大，這是全球重要關(guān)注的問題。

11、工程奇跡--石墨烯作為電極材料用于電子設(shè)備

石墨烯在電子工業(yè)中具有極大的發(fā)展前景，特別是作為有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）、太陽能電池和可穿戴電子產(chǎn)品的透明導(dǎo)電的電極材料。

現(xiàn)在，作透明導(dǎo)電電極，ITO是最常用的材料。Whelan解釋說：下一步的工作重點(diǎn)是提高轉(zhuǎn)移的石墨烯層的電導(dǎo)率，從而提高OLED的功率效率。我們規(guī)劃了兩個(gè)可能的路線：一、我們可以堆疊多個(gè)石墨烯層。二、我們可以化學(xué)摻雜石墨烯，也就是說我們可以引入影響電性能的雜質(zhì)。這樣可以使石墨烯與ITO更具競爭力。Whelan說，將來，我們希望石墨烯可以成為柔性電子電極的標(biāo)準(zhǔn)材料，例如：用于制造可彎曲的屏幕。

12、研究人員解決了石墨烯的易燃性問題，從而開啟大規(guī)模生產(chǎn)的大門

石墨烯在生物醫(yī)學(xué)、電子、能源和環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分可觀，在許多小型應(yīng)用領(lǐng)域也取得了成功。但是，因?yàn)槭┭趸锸且环N從石墨中制造石墨烯的中間產(chǎn)物，該產(chǎn)物已被證明具有火災(zāi)隱患。

Tian實(shí)驗(yàn)室研究人員使用三次或三次以上正電荷的金屬離子將石墨烯氧化物剝離成透明膜。這種新形式的碳聚合物材料除了不易燃外，還具有柔韌性、無毒性和強(qiáng)機(jī)械性。一個(gè)潛在的應(yīng)用是使用這種不易燃技術(shù)開發(fā)的石墨烯，來創(chuàng)建一種能夠降低加熱和冷卻成本的節(jié)能窗戶涂層。

Tian說：這會有更多的應(yīng)用程序，我們預(yù)計(jì)未來的汽車和飛機(jī)窗戶將比目前更加智能化，還會有夜視應(yīng)用。

13、石墨烯納米管混合物提升鋰金屬電池

萊斯大學(xué)的科學(xué)家們通過解決長期困擾研究人員的問題：枝晶的問題，創(chuàng)造了一種可充電的鋰金屬電池，其電池容量是商業(yè)鋰離子電池的三倍。

由化學(xué)家詹姆斯羅伯茨領(lǐng)導(dǎo)的Rice研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)新電池充電時(shí)，鋰金屬均勻地包覆了碳納米管以共價(jià)連接到石墨烯表面的高導(dǎo)電碳雜化材料。如美國化學(xué)學(xué)會雜志ACSNano所報(bào)道，該混合物代替了用于交換安全能力的普通鋰離子電池中的石墨陽極。在Rice大學(xué)創(chuàng)建的石墨烯-碳納米管陽極的測試表明，它抵抗可破壞電池的鋰樹枝狀晶體的形成。

Tour說許多人做電池研究只做陽極，因?yàn)樽稣麄€(gè)包裝要困難得多，因此我們必須開發(fā)一種基于硫磺的相對的陰極技術(shù)，以適應(yīng)第一代系統(tǒng)中的這些超高容量鋰陽極。我們正在中試規(guī)模生產(chǎn)這些陰極加陽極的完整電池，并對它們進(jìn)行測試。

14、三維石墨烯上的鎳鈷硫化物核/殼結(jié)構(gòu)用于超級電容器

鎳鈷硫化物的三維（3D）核/殼結(jié)構(gòu)是在石墨烯上使用一系列水熱步驟進(jìn)行納米工程而生成的，而用于生長核殼結(jié)構(gòu)的石墨烯是在應(yīng)用于超級電容器的CVD上生長的。

通過使用NCS納米管芯作為電子和離子高速遷移的通道，以及CNS納米片殼作為高活性區(qū)假電容材料，合成后的復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。3D石墨烯層除了作為優(yōu)異的表面積來支持3DNCS/CNS外，它還供應(yīng)了鎳泡沫集電器和3DNCS/NCS復(fù)合材料之間優(yōu)異的導(dǎo)電性。

這種高性能電極材料可能在未來的儲能裝置中得到很好的應(yīng)用。

15、石墨烯可作為篩子過濾水中的離子

目前，隨著耗水量越來越大，以及海水污染和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，世界上有數(shù)億人無法獲得安全飲用水。由于傳統(tǒng)的海水淡化過程具有能源密集型和環(huán)境破壞性，因此我們迫切要從海水或污染水中提取潔凈水。

曼徹斯特大學(xué)的研究人員認(rèn)為，石墨烯氧化物（GO）膜可以供應(yīng)一種簡單的方法，從飲用水中過濾出不要的鹽和雜質(zhì)。石墨烯膜存在的缺點(diǎn)是當(dāng)GO層浸沒在水中時(shí)，兩層或三層水分子將自身插入層間空間中，這樣就會擴(kuò)大了間隙，允許離子和分子通過并降低了材料的選擇性。奈爾和他的團(tuán)隊(duì)圍繞這個(gè)缺點(diǎn)找到了一種簡單的方法，即將GO層疊在環(huán)氧樹脂之間，以便限制它在浸入水中時(shí)膨脹。通過運(yùn)用這種方法，物理密封的氧化石墨烯（PCGO）膜可以成功地過濾掉像Na和K之類的常見離子，同時(shí)允許水通過。

16、電化石墨烯制成細(xì)菌滅蟲器

石墨烯的應(yīng)用正逐漸被人們發(fā)掘，萊斯大學(xué)的研究人員已經(jīng)用這種材料來制造一個(gè)細(xì)菌滅蟲器。以前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種稱為激光誘導(dǎo)石墨烯（LIG）的材料是抗菌的，現(xiàn)在該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過添加幾伏的電力，這些性能可以被提升一個(gè)檔次。

Tour說：這種形式的石墨烯極易抵抗生物膜的形成，這對生物膜的形成具有很大的應(yīng)用潛力，例如水處理廠，石油鉆井作業(yè)，醫(yī)院和海洋應(yīng)用場合，如對污染敏感的水下管道。使用電力時(shí)的高抗菌是一個(gè)很大的額外的好處。

Tour說：被動生物污損抑制和主動電壓誘導(dǎo)的微生物去除的結(jié)合使得這是一種非常受歡迎的材料，用于抑制困擾許多行業(yè)的自然污染的上升，解決了一個(gè)大麻煩。

17、碳化硅上的石墨烯可以儲存能量

通過在碳化硅的石墨烯的完美表面上引入缺陷，瑞典Linkping大學(xué)的研究人員新增了材料存儲電荷的能力。

進(jìn)行研究的研究人員通過在Linkping大學(xué)開發(fā)的方法使用石墨烯制造碳化硅晶體。當(dāng)碳化硅被加熱到2000℃時(shí)，表面上的硅原子移動到氣相，并且只剩下碳原子。MikhailVagin說：被稱為陽極氧化的電化學(xué)過程會破壞石墨烯層，從而出現(xiàn)更多的邊緣。我們測量了陽極氧化石墨烯的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)材料儲存電能的能力相當(dāng)高。

MikaelSyvjrvi說：碳化硅上的石墨烯可以在比其他類型的石墨烯更大的區(qū)域中制造，假如我們可以以受控的方式改變材料的性質(zhì)，則可以為其它功能定制表面，例如，創(chuàng)建一個(gè)具有自己的內(nèi)置電池的傳感器。

18、利用石墨烯可造出可見光以外的高端相機(jī)

在過去的40年中，微電子技術(shù)突飛猛進(jìn)，這重要得益于硅和CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)技術(shù)，正是基于此，才有可能制造出計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、小巧且低成本數(shù)碼相機(jī)以及我們今天所依賴的大多數(shù)電子產(chǎn)品。然而，由于難以將除硅以外的半導(dǎo)體與CMOS結(jié)合起來，使得這個(gè)平臺除微電路和可見光攝像機(jī)以外變得更加復(fù)雜多樣。

現(xiàn)如今這個(gè)障礙已經(jīng)克服了。ICFO研究人員首次展示了CMOS集成電路與石墨烯的單片集成，由此出現(xiàn)了一種高分辨率圖像傳感器，它重要是基于石墨烯和量子點(diǎn)（QD）的數(shù)十萬光電探測器而成?？偟膩碚f，這種石墨烯與CMOS的單片式集成的演示能夠使光電子應(yīng)用更加廣泛，例如低功率的光學(xué)數(shù)據(jù)通信和緊湊、超靈敏的傳感系統(tǒng)。

19、氧化石墨烯使橡膠更堅(jiān)固

天然橡膠為粘性液體，但添加交聯(lián)劑和填料顆?？梢陨a(chǎn)出固體彈性材料。然而，這個(gè)過程是耗費(fèi)時(shí)間和精力的?，F(xiàn)在來自四川和哈佛大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，石墨烯氧化物（GO）可以在一個(gè)簡單的步驟中交聯(lián)和強(qiáng)化橡膠。

曼徹斯特的納米功能材料集團(tuán)領(lǐng)先者Vijayaraghavan說：復(fù)合材料包含兩部分，一種柔軟輕盈的基體和一種強(qiáng)力的填料，總而言之，它們既輕又強(qiáng)。這是運(yùn)動車中使用的碳纖維復(fù)合材料或用于護(hù)甲的凱夫拉爾復(fù)合材料的原理。在這種情況下，我們用石墨烯制成了一種柔軟而有彈性但脆弱的橡膠復(fù)合材料，所得材料都是更強(qiáng)大和更柔軟。

20、石墨烯為分子電子學(xué)供應(yīng)新功能

由國家物理實(shí)驗(yàn)室（NPL）和伯爾尼大學(xué)率領(lǐng)的國際研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了使用石墨烯調(diào)節(jié)下一代分子電子器件功能的新途徑。可以利用這些結(jié)果開發(fā)更小，更高性能的器件，用于一系列應(yīng)用，包括分子檢測，柔性電子器件，能量轉(zhuǎn)換和存儲，以及電阻標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定測量設(shè)置。

在科學(xué)進(jìn)步雜志上報(bào)道的研究結(jié)果表明了基于石墨烯的分子電子學(xué)發(fā)展的重大變化，分子和石墨烯之間的共價(jià)接觸的重現(xiàn)性（甚至在室溫下）克服了基于造幣金屬的最先進(jìn)的技術(shù)的當(dāng)前狀態(tài)的局限性。

研究結(jié)果還將幫助研究人員在電催化和能量轉(zhuǎn)換研究中，通過在其實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)石墨烯/分子界面，提高催化劑或器件的效率。