石墨烯

石墨烯的層狀材料被測量到具有32 GPa的拉伸模數。化學改性.可以在實驗室中透過化學改性的石墨製備的石墨烯的可溶性片段熱效能.石墨烯的導熱效能優於碳奈米管。普通碳奈米管的導熱係數可達3500W/mK，各種金屬中導熱係數相對較高的有銀、銅、金、鋁，而單層石墨烯的導熱係數可達5300W/mK。優異的導熱效能使得石墨烯有望作為未來超大規模奈米積體電路的散熱材料。機械效能.在2009年，石墨烯是人類已知測量過的強度最高的物質。它的強度比鋼鐵還要高200倍，具有1 TPA​​。潛在的應用.單分子氣體偵測.石墨烯獨特的二維結構使它在感測器領域具有光明的應用前景。巨大的表面積使它對周圍的環境非常敏感。即使是一個氣體分子吸附或釋放都可以檢測到。這檢測目前可以分為直接檢測和間接檢測。透過穿透式電子顯微鏡可以直接觀測到單原子的吸附和釋放過程。透過測量霍爾效應方法可以間接檢測單原子的吸附和釋放過程。當一個氣體分子被吸附於石墨烯表面時，吸附位置會發生電阻的局域變化。當然，這種效應也會發生於別種物質，但石墨烯具有高電導率和低雜訊的優良品質，能夠偵測這微小的電阻變化。光能飛行器.中國南開大學2015年6月中在《自然》期刊下屬的自然光學期刊發布了一則研究報告，陳永勝教授其團隊發現一種特殊三維構型的石墨烯塊，在室溫且真空無阻力下被光線照射時居然會被推進移動，其效應是巨觀的而非微觀，半公分立方大小的實驗體被光線照射後前進了數公分距離，其原理還是謎，推測可能是該種構型石墨烯在受光後瞬間會產生大電子流，其非常適合用於太空領域的太陽帆，計算得知約50平方公尺的石墨烯帆能讓5公斤的酬載物在20分鐘加速到第一宇宙速度。石墨烯奈米帶.為了要賦予單層石墨烯某種電性。實驗結果確實地展示出，隨著奈米帶頻寬減小，能隙會增大。但是，直至2008年2月，尚沒有任何測量能隙的實驗試著辨識精確邊緣結構。石墨烯奈米帶的結構具有高電導率、高熱導率、低雜訊，這些優良品質促使石墨烯奈米帶成為積體電路互連材料的另一種選擇，有可能替代銅金屬。有些研究者試著用石墨烯奈米帶來製成量子點，他們在奈米帶的某些特定位置改變寬度，形成量子禁閉（--石墨烯奈米帶的低維結構具有非常重要的光電效能：粒子數反轉和寬頻光增益。這些優良品質促使石墨烯奈米帶放在微腔或奈米腔體中形成鐳射器和放大器。根據2012年10月的一份研究表明有些研究者試著用石墨烯奈米帶應用於光通訊系統，發展石墨烯奈米帶鐳射器。積體電路.石墨烯具備作為優秀的積體電路電子器件的理想性質。石墨烯具有高的載子遷移率，以及低噪聲，允許它被用作在場效應電晶體的通道。問題是單層的石墨烯製造困難，更難作出適當的基板。根據2010年1月的一份報告中，對SiC外延生長石墨烯的數量和質量適合大規模生產的積體電路(積體電路)。在高溫下，在這些樣品中的量子霍爾效應可以被測量。另請BM在2010年的工作的電晶體一節中，速度快的電晶體'處理器'製造了的石墨烯薄片。2011年6月，IBM的研究人員宣佈，他們已經成功地創造第一個石墨烯為基礎的積體電路(積體電路)-寬頻無線混頻器。電路處理頻率高達10 GHz，其效能在高達127℃的溫度下不受影響。石墨烯電晶體.2005年，Geim研究組與Kim研究組發現，室溫下石墨烯具有10倍於商用矽片的高載流子遷移率，這是石墨烯作為納電子器件最突出的優勢，使電子工程領域極具吸引力的室溫彈道場效電晶體成為可能。較大的費米速度和低接觸電阻則有助於進一步減小器件開關時間，超高頻率的操作響應特性是石墨烯基電子器件的另一顯著優勢。在現代技術下，石墨烯奈米線可以證明一般能夠取代矽作為半導體。透明導電電極.石墨烯良好的電導效能和透光效能，使它在透明電導電極方面有非常好的應用前景。觸控式螢幕、液晶顯示、有機光伏電池、有機發光二極體等等，都需要良好的透明電導電極材料。特別是，石墨烯的機械強度和柔韌性都比常用材料氧化銦錫優良。由於氧化銦錫脆度較高，比較容易損毀。在溶液內的石墨烯薄膜可以沉積於大面積區域。透過化學氣相沉積法，可以製成大面積、連續的、透明、高電導率的少層石墨烯薄膜，主要用於光伏器件的陽極，並得到高達1.71%能量轉換效率；與用氧化銦錫材料製成的元件相比，大約為其能量轉換效率的55.2%。導熱材料/熱介面材料.2011年,美國佐治亞理工學院學者首先報道了垂直排列官能化多層石墨烯三維立體結構在熱介面材料中的應用及其超高等效熱導率和超低介面熱阻。場發射源及其真空電子器件.早在2002年，垂直於基底表面的石墨烯奈米牆就被成功製備出來。它被看作是非常優良場致發射電子源材料。 最近關於單片石墨烯的電場致電子發射效應也見諸報道。超級電容器.由於石墨烯具有特高的表面面積對質量比例，石墨烯可以用於超級電容器的導電電極。科學家認為這種超級電容器的儲存能量密度會大於現有的電容器。海水淡化.研究表明，石墨烯過濾器可能大幅度的勝過其他的海水淡化技術。由於石墨烯是一個平面結構，所以它具有很大的面積體積比，這使得石墨烯擁有很大的吸附能力，有些雜質就可以吸附到石墨烯的表面。太陽能電池.南加州大學維特比工程學院的實驗室報告高度透明的石墨烯薄膜的化學氣相沉積法在2008年的大規模生產。在這個過程中，研究人員建立超薄的石墨烯片，方法是在甲烷氣體中的鎳板上，由首先沉積的碳原子形成石墨烯薄膜的形式。然後，他們在石墨烯層之上鋪一層熱塑性保護層，並且在酸浴中溶解掉下面的鎳。在最後的步驟中，他們把塑膠保護的石墨烯附著到一個非常靈活的聚合物片材，它可以被納入一個有機太陽能電池。2010年，李新明和朱宏偉等人首次將石墨烯與矽結合構建了一種新型的太陽能電池。在這種簡易的石墨烯/矽模型中，石墨烯不僅可以作為透明導電薄膜，還可以在與矽的介面處分離光生載流子。這種可以與傳統矽材料結合的結構，為推動基於石墨烯的光伏器件開闢了新的研究方向。石墨烯生物器件.由於石墨烯的可修改化學功能、大接觸面積、原子尺寸厚度、分子閘極結構等等特色，應用於細菌偵測與診斷器件，石墨烯是個很優良的選擇。科學家希望能夠發展出一種快速與便宜的快速電子DNA定序科技。它們認為石墨烯是一種具有這潛能的材料。基本而言，他們想要用石墨烯製成一個尺寸大約為DNA寬度的奈米洞，讓DNA分子遊過這奈米洞。由於DNA的四個鹼基會對於石墨烯的電導率有不同的影響，只要測量DNA分子透過時產生的微小電壓差異，就可以知道到底是哪一個鹼基正在遊過奈米洞。這樣，就可以達成目的。抗菌物質.中國科學院上海分院的科學家發現石墨烯氧化物對於抑制大腸桿菌的生長超級有效，而且不會傷害到人體細胞。假若石墨烯氧化物對其他細菌也具有抗菌性，則可能找到一系列新的應用，像自動除去氣味的鞋子，或儲存食品新鮮的包裝。石墨烯感光元件.一群來自新加坡專精於石墨烯材質研究的科學家們，現在研發出將石墨烯應用於相機感光元件的最新技術，可望徹底顛覆未來的數位感光元件技術發展。新加坡南洋理工大學學者，研發出了一個以石墨烯作為感光元件材質的新型感光元件，可望透過其特殊結構，讓感光元件感光能力比起傳統CMOS或CCD要好上1,000倍，而且損耗的能源也僅需原本的1/10。這個感度幾乎提升到爆表的最新感光元件技術，根據資料，實際上還真的厲害到超出人眼可視的中紅外線範圍。與許多新的感光元件技術相同，這項技術初期將率先被應用在監視器與衛星影像領域之中。但研究也指出，此技術終將應用在一般的數位相機 / 攝影機之上，假若真的進入消費領域以石墨烯打造的最新感光元件，還可能製造成本壓到現今的1/5低。抗癌治療.氧化石墨烯，石墨烯的衍生化合物，被認為可以應用在癌症的治療上。其原理是氧化石墨烯能夠辨識癌細胞與正常細胞電子密度的不同，進而附著在癌幹細胞上，使其能被標靶藥物所作用，達到抑止腫瘤遠端轉移的效果。這突破性的發現，能夠補足傳統化學治療和放射治療只能殺死分化後癌細胞的缺點，預期能達成更高的治療反應率與病患存活率。目前該團隊經實驗證明氧化石墨烯能夠抑制6種癌症(乳癌、胰臟癌、腦癌、肺癌、卵巢癌、攝護腺癌)之腫瘤球(tumour sphere)形成，因而能抑止其擴散。當前氧化石墨烯尚在研究階段，期待將來經過層層臨床試驗後，能夠為現今抗癌治療帶來一線曙光。