石墨烯的应用领域

1、第二章 石墨烯应用领域石墨烯因其独特的电学性能、力学性能、热性能、光学性能和高比表面积，近年来受到化学、物理、材料、能源、环境等领域的极大重视，应用前景广阔，被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料”。具体在五个应用领域： 一是储能领域。石墨烯可用于制造超级电容器、超级锂电池等。二是光电器件领域。石墨烯可用于制造太阳能电池、晶体管、电脑芯片、触摸屏、电子纸等。三是材料领域。石墨烯可作为新的添加剂，用于制造新型涂料以及制作防静电材料。四是生物医药领域。石墨烯良好的阻隔性能和生物相容性，可用于药物载体、生物诊断、荧光成像、生物监测等。五是散热领域。石墨烯散热薄膜可广泛应用于超薄大功耗电子产品，

2、比如当前全球热销的智能手机、IPAD 电脑、半导体照明和液晶电视等。中国科学院预计，到2024年前后，石墨烯器件有望替代互补金属氧化物半导体（CMOS）器件，在纳米电子器件、光电化学电池、超轻型飞机材料等研究领域得到应用。 目前，全球范围内仅电子行业每年需消耗大约2500吨半导体晶硅，纯石墨烯的市场价格约为人民币1000元/g ，其若能替代晶硅市场份额的10%，就可以获得5000亿元以上的经济利益；全球每年对负极材料的需求量在2.5万吨以上，并保持了20%以上的增长，石墨烯若能作为负极材料获得锂离子电池市场份额的10%，就可以获得2500吨的市场规模。可见，石墨烯具有广阔的应用空间和巨大的经济

3、效益。正是在这一背景下，目前国内外对石墨烯技术的应用研究如火如荼，具体应用如下：2.1 石墨烯锂离子电池锂离子电池具有容量大、循环寿命长、无记忆性等优点，目前已成为全球消费类电子产品的首选电池以及新能源汽车的主流电池。高能量密度、快速充电是锂电池产品发展的必然趋势，在正极材料中添加导电剂是一种有效改善锂电性能的途径，可大大增加正负极的导电性能、提高电池体积能量密度、降低电阻，增加锂离子脱嵌及嵌入速度，显著提升电池的倍率充放电等性能，提高电动车的快充性能。所谓石墨烯电池并非整个电池都用石墨烯材料制作，而是在电池的电极使用石墨烯材料。在理论上石墨烯电极可能有超过石墨两倍的比容量。另外，如果将石墨烯

4、和炭黑混合后作为导电添加剂加入锂电池可以有效降低电池内阻，提升电池倍率充放电性能和循环寿命，而且电池的弯折对充放电性能没有影响，因此电极采用石墨烯材料后，使电池具备高充放电速率是石墨烯电池具备快速充电的原因。在锂电池中应用，石墨烯的主要功能包括两个：一是导电剂，二是电极嵌锂材料。以上两点应用都是在和传统的导电碳/石墨竞争。目前石墨烯在锂电池中的添加形式主要有三种：导电添加剂、电极复合材料、直接作为负极材料，目前石墨烯导电剂研发技术已经相对成熟。石墨烯在锂电池中的应用2.1.1石墨烯作为锂离子电池正极导电添加剂 锂电池正极材料导电添加剂，显著提高充放电及导电性能，正极材料导电添加剂是石墨烯锂电池

5、应用中走在产业化最前端的一环。石墨烯是高性能锂电池正极导电添加剂的新选择。利用其二维高比表面积的特殊结构所带来的优异电子传输能力，可显著提高电极材料容量挥发、降低电池内阻，提高倍率性和循环寿命，改善电池的高低温和安全性能。全球石墨烯导电剂用量预测就石墨烯导电剂而言，其凭借石墨烯优异的载流子迁移率 (15000cm2/V-1 s-1)和超低电阻率（10-6·cm），可显著降低电池内阻、提高倍率性能和循环寿命，并改善电池的高低温和安全性能。2.1.2 石墨烯作为锂离子电池负极材料石墨烯负极材料能够提高负极锂电池理论比容量和倍率性能。石墨烯的孔道结构使得锂离子在负极材料中的扩散路径比较短，

6、有效提高电导率；石墨烯优异的机械性能和化学性能使得其复合电极材料具备结构稳定性，能够有效提高电极材料循环稳定性。石墨烯包覆硅用于负极可提高储能密度，助推电池轻量化。目前实验室石墨烯包覆硅的复合材料储能密度可达到800mAh/g。2.1.3 石墨烯应用于锂离子电池功能涂层铝箔石墨烯功能涂层铝箔可有效降低电池内阻。石墨烯涂覆于铝箔集流体上，形成石墨烯功能涂层铝箔可使电池内阻降低一半，而容量不受损失，同时电池的循环寿命提高20%以上。2.1.4 石墨烯应用于锂离子电池导电浆料石墨烯导电添加剂显著提高充放电及导电性能。导电添加剂是石墨烯锂电池应用中走在产业化最前端的一环，石墨烯导电浆料技术成熟，成本优

7、势凸显，已批量供货。目前已有多家公司进行石墨烯在锂电池的应用，石墨烯在导电添加剂方面已经量产。2.1.5 石墨烯基锂硫电池以单质硫为正极，金属锂为负极的锂硫电池具有高达2600 Wh·kg-1的理论能量密度，高导电石墨烯作为集流体，相比传统的金属集流体，其轻质的特点有助于提升电池整体的能量密度并，同时由于单质硫储量丰富、价格低廉等特点，锂硫电池被视为最具有发展前景的下一代高能量二次电池之一，受到了研究者的广泛关注。2.2 石墨烯燃料电池燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。石墨烯

8、有益于解决燃料电池中技术难题及成本问题。利用石墨烯类膜材料输运特性有望解决燃料电池核心部件“质子传导膜”的燃料渗透难题，同时用掺氮石墨烯催化剂显然可大大降低燃料电池成本。石墨烯燃料电池2.3 石墨烯纸蓄电池将氧化石墨烯制成石墨烯纸，石墨烯纸可起到质子导体作用，用石墨烯纸制成的蓄电池具有良好的初容量。石墨烯的掺入可使蓄电池的比容量及活性物质利用率提升 10 % 以上。蓄电池负极中分别加入石墨烯，提升了高倍率放电性能，大大延长了循环寿命，添加石墨烯的负极板都具有 70 % 以上的高孔率。石墨烯纸以极好的导电性，极大的比表面积等特殊性能，应用到蓄电池中可提升比容量和活性物质利用率；石墨烯可使铅膏保持

9、高孔率，有利于提升电池的倍率放电能力和充电接受能力，延长循环寿命。2.4 石墨烯超级电容超级电容器是一种介于传统电容器和二次电池之间的电化学储能装置，具有高功率密度、快速充放电、高循环寿命、无污染、免维护等优点，在各类需要能源转化的领域有着巨大的应用价值。但是超级电容器目前受到电极材料的制约，能量密度普遍低于20wh/kg。石墨烯本身具备超大的比表面积(2600 m2/g)，应用于超级电容器电极能显著提高储能密度，其储能密度与铅酸电池接近，是超级电容器的理想电极材料。石墨烯超级电容制成的汽车，一次充电时间只需 8 分钟，即可供电力新能源汽车行驶1000 千米。石墨烯超级电容能量密度超过 600

10、wh/kg，是目前动力锂电池的5倍，电池重量只是锂离子电池的一半，使用寿命是目前锂电池2倍，是传统氢化电池的4倍，成本将比目前锂电池降低 77%。2.5 石墨烯太阳能电池石墨烯透过率高（单层为97.3%），方块电阻低，使用石墨烯能够提高光电转化效率，可以作为太阳能电池中的受体材料。石墨烯可以和有机聚合物材料复合形成大的给受体界面，有利于电池中激子的扩散速率和载流子迁移率的提高，消除由于电荷传输路径被破坏产生的二次聚集。另外石墨烯材料也被应用到各类太阳能电池的光阳极上。将石墨烯薄膜沉积在硅表面，有利于硅电池的表面钝化、掺杂及异质结的形成，且有效提升电池的光电转换效率。随着国家对新能源开发利用的重

11、视程度，太阳能电池的产销具备持续增长能力，石墨烯的出现正好为光伏产业中一些亟需解决的技术难题提供了解决方案，未来石墨烯在光伏行业大有可为。2.6 石墨烯储存氢能源众所周知，材料吸附氢气量和其比表面积成正比，石墨烯拥有质量轻、高化学稳定性和高比表面积的优点，使其成为储氢材料的最佳候选者。希腊大学设计了新型3D 碳材料，孔径尺寸可调，这种新型碳材料掺杂了锂原子时，石墨烯柱的储氢量可达到611%。2.7 石墨烯功能涂料n 石墨烯自身的高比表面积、高导热导电性、稳定的化学性能以及优异的力学性能，使其成为新一代涂料、橡胶、塑料等产品的重要“调味品”，可以全方位提升传统产品的特性，且对原有的生产工艺和成本

12、影响不大，使石墨烯成为新一代涂料的焦点。石墨烯用于涂料中可制备纯石墨烯涂料和石墨烯复合涂料，可显著提升聚合物的性能，因此石墨烯复合涂料成为石墨烯的重要应用研究领域。2.8 石墨烯散热涂料当前电子产品的轻薄化已经成为趋势，伴随着产品功能增强、性能提高，高功率的处理芯片带来了更多的热量，更快的处理速度和更低的电量消耗对智能终端提出了更高的散热需求。以石墨烯散热膜为代表的碳材料凭借超高的导热率、低密度、低热膨胀系数、良好的高温力学性能顺势而起，已经成为最具有发展前景的导热材料。石墨烯散热涂料具有巨大的应用前景，可以广泛应用在空调、LED灯具、大功率芯片等领域的散热中。2.9 石墨烯导电涂料导电涂料是

13、伴随着现代科学技术而迅速发展起来的特种功能涂料，目前已在静电耗散、电磁屏蔽、电子封装等领域得到广泛应用。石墨烯由于具有很高的电子迁移率和优异的电学性能，能够更好地实现导电涂料所要达成的目标；而且由于石墨烯具备优异的机械性能及热性能，使得这种新型导电涂料更加耐用，更能适应复杂的应用环境，是极佳的导电涂料添加剂。2.10 石墨烯导电粘胶以天然鳞片石墨为原料，采用水系乳化剂，在机械振动下获得可以石墨烯导电粘胶。石墨烯在导电胶黏剂方面也有广泛的应用前景。目前，商业化导电胶黏剂产品的主要填充料为碳黑、银粉、镍粉等，它们各有优缺点。碳黑虽然便宜，但其导电能力不佳，需要大量填充；银镍粉导电性能好，但价格较高

14、，产品的成本过高。采用石墨烯作为填充料，不仅可以降低填充量，还可解决导电性能和成本之间的矛盾。因此，石墨烯导电胶黏剂则可用LED封装、电子器件封装，降低封装成本。2.11 石墨烯抗静电涂料抗静电涂料广泛用于电子、电器、航空及化工等多种领域，随着现代科技的发展，对其抗静电性能的要求越来越高。石墨烯所具有的高导电性、强力学性能等特点，有利于制备高性能、高强度的抗静电涂料。将十六胺接枝到石墨烯表面以增加与环氧树脂的相容性，然后以溶液共混的方式将两者均匀混合，改变混合体系中石墨烯的用量，可得到具有不同表面电阻率的抗静电涂料，当改性石墨烯的添加量为0.5%时，抗静电涂膜的表面电阻可降至109/sq，达到

15、抗静电涂料的标准要求2.12 石墨烯防腐涂料石墨烯是已知最薄防腐蚀涂层，石墨烯做金属保护膜已经成功应用，并显著延缓了金属的腐蚀速度，未来发展前景广阔。涂料中添加石墨烯后，石墨烯能够形成稳定的导电网格，有效提高锌粉的利用率，水性石墨烯涂料的防腐效果明显优于其他碳系材料填充的水性涂料，也比商业化的水性涂料具有更为突出的耐盐雾性。在传统的磷酸涂料中添加少量石墨烯，可使涂料的耐盐雾时间提升1倍以上，其性价比优于传统涂料。2.13 石墨烯透光涂料石墨烯由于单层透光率97.7%，具有良好的光学性能，可以在实现防腐等目标的基础上，用于汽车船舶玻璃、显示器、电视机等领域。2.14 石墨烯耐磨涂料用溶胶凝胶法制

16、备石墨烯水性聚氨酯涂料，添加2.0%的石墨烯即可使涂膜的抗张强度提高71%，杨氏模量提高86%。摩擦寿命比纯聚氨酯提高了880%。2.15 石墨烯建筑涂料 石墨烯的导热系数高，将其用于建筑隔热涂料可有效降低建筑物的内部温度，增强节能效果。薛刚等采用回流法将石墨烯包裹在红外发射粉末表面，制备了一种含石墨烯、电气石和过渡金属氧化物的复合散热涂料。石墨烯可降低红外颗粒的热阻，与普通散热涂料相比，含石墨烯的复合涂料红外发射率达到96%，节能6.37%，体现出良好的节能效果。石墨烯具有优异的力学性能，能显著改善聚合物的抗拉强度与韧性，把石墨烯加入到以丙烯酸酯类聚合物与水泥复合而成的聚合物水泥防水涂料中，

17、石墨烯丰富的含氧基团可调节水泥水化产物的生长，使涂膜的物理性能(如拉伸强度、断裂伸长率、抗渗性等)得到明显提升。2.16 石墨烯导电油墨石墨烯导电油墨是一类由功能化石墨烯、连接料、剂和溶剂等组成的具有导电等特殊功能的油墨产品。具有导电性能优异、印刷图案质量轻、印刷适性好、固化条件温和以及成本低廉等优势，可在塑料薄膜、纸张及金属箔片等多种基材上实现印刷。石墨烯油墨适用于网印、凹印、柔印、胶印和喷墨印刷等方式，可以应用于印刷线路板(PCB)、射频识别(RFID)、显示备(如OLED)、电极传感器等方面，能潜在应用于有机太阳能电池、印刷电池和超级电容器上面。因此石墨烯油墨有望在射频标签、智能包装、薄

18、膜开关、导电线路以及传感器等下一代轻薄、柔性电子产品中得到广泛应用，市场前景巨大。石墨烯导电油墨2.17 石墨烯电网防腐抗冰涂料利用新材料石墨烯研制出的全新的重防腐涂料，将应用在电网领域，今后电网的防腐抗冰能力有望大大提升。沿海地区化工厂数量多，空气中含硫废气含量高，且盐雾腐蚀严重，导致沿海输电杆塔受腐蚀的速度较内陆地区快3至5倍，增加了维护成本，增大了电网运行风险。目前市场上主要的重防腐涂料是富锌底漆，不但防护寿命短，而且大量使用锌，浪费资源，与环保理念相悖。石墨烯重防腐涂料中锌含量只占20%甚至是零，而且性能至少提高两倍，在不提高重防腐涂料的厚度情况下，能大幅延长防腐寿命。这种涂料一旦应用

19、，对提高国家电力系统的安全、保障国民经济正常发展和人民生活有着重要意义。2.18 石墨烯抗静电塑料高分子材料在常规情况下为绝缘体，通常表面电阻为1012·cm以上，防静电包装材料要求表面电阻为107-1011·c m。石墨烯抗静电母粒加入塑料中可以避免由于高分子材料本身的绝缘性能而产生的静电，从而使其能够适应IT产品的包装要求和特殊抗静电制品的生产，对于制品的表面防尘有良好效果。2.19 石墨烯导电塑料在高分子材料中，要求石墨烯具有良好的分散能力，以体现出少量添加就能大幅提高材料电导率的效果。石墨烯微片产品在聚乙烯、聚丙烯和尼龙等多种高分子材料中都可顺利添加，且分散良好。在

20、聚乙烯体系中，石墨烯微片填充量为0.5%（质量分数）时，聚乙烯的电阻率即可降低至106·cm，而填充量达3%（质量分数）时，电阻率降低至104·cm。而在聚偏氟乙烯体系中，通过良好的分散与复合技术，可以在石墨烯填充量为3%时，就可使电阻率降至10·c m以下。可见，石墨烯微片的应用效果明显。通过采用石墨烯复合材料，可以使机身材料实现更多的导电性能，避免铜网的使用。通过开发更多的导电树脂，可以对构成飞机内部结构的一些材料做些调整，如电脑外壳和舱内结构，那些不像主要结构那样需要大量测试的部位。2.10 石墨烯增强塑料石墨烯在汽车工业有很大的应用空间，用它来增强汽车用复

21、合材料将具有巨大潜力。加入石墨烯纳米材料后，能够增加碳纤维增强环氧树脂部件的抗冲击性能和压缩性能。这可以使设计人员开发出更轻、更高效的碳纤维增强环氧树脂结构，其中抗冲击是设计考虑的主要因素。这个新的预浸料的应用领域包括航空航天、汽车和体育用品，如自行车框架、钓鱼竿和赛艇。石墨烯增强碳纤维环氧树脂预浸料，对其结构热性能和机械性能改善显著，使用石墨烯复合可以进一步开发出新一代的碳纤维环氧预浸材料。2.21 石墨烯轮胎石墨烯导静电轮胎采用石墨烯与胶质复合改性制备技术，克服了现有的拖曳式汽车防静电技术和装备打火花、易磨短、易脱落、不能可靠导出车体静电等缺点，通过具有导静电功能的轮胎胎面接地，实现全时段

22、、连续、可靠地导出车体静电。2.22 石墨烯橡胶复合材料绝大部分橡胶都需要补强剂如炭黑来进行填充以提高橡胶的各项性能。石墨烯是目前世界上已知最薄、最坚硬、最具有韧性的材料，这些性质使其作为理想的补强剂。并且石墨烯具有超高的比表面积，加入非常少量石墨烯就能明显提高橡胶复合材料的性能。随着橡胶制品的多样化，很多应用领域如开关、传感器、密封器件等需要橡胶制品具有抗静电、导电性或气体阻隔性等其他性质，石墨烯的各项优异性能为橡胶制品满足各类需求提供了机遇。石墨烯在橡胶复合材料中构成导热网络的同时也构成了导电网络，能大幅降低复合材料的导电阈值并提高其导电率，其中石墨烯橡胶轮胎正逐步实现产业化。此外，作为二

23、维片层材料，石墨烯对气体分子具有优异的阻隔性，在提高橡胶复合材料气体阻隔性方面也有潜在的应用。2.23 运动产品用石墨烯发泡材料石墨烯材料用于运动产品，其质量轻、强度高、耐磨、弹性好的特性有益于提升公司鞋产品的舒适度及耐用性，属于国家积极推进发展的创新材料。采用石墨烯发泡材料，有助于增强运动商品公司竞争力，获得消费者认可并形成品牌效应。2.24 石墨烯防渗水塑料利用石墨烯研发防渗水塑料，外观和触感都与普通塑料无异，但防水的性能却好了一百万倍。用混合石墨烯塑料包裹的产品有保存 1 年的潜力，对比常规塑料 30 分钟不到的结果好了不少。2.25 石墨烯金属复合材料石墨烯在金属基防护材料方面的应用非

24、常看好。金属基石墨烯复合材料能够改善原有防护材料(钢板、铝合金、陶瓷材料)在强度、硬度、轻量化以及可加工性方面的缺陷，满足军备轻量化趋势的需求。石墨烯复合对金属的性能提升十分明显，石墨烯金属复合材料强度能在纯金属的基础上提升60%到234%，在韧性、硬度、导热性等方面也均有大幅度提升。以金属铝为例，原本其强度较差，但加入石墨烯纳米片后强度大大提升，作为装甲防护材料将兼具陶瓷的防护能力、铝合金的密度和钢的抗打击能力，改变金属铝“羸弱”的特性，非常适合军工器械高强度、高抗打击、轻量化的需求。2.26 石墨烯电缆材料石墨烯是目前世界上电阻率最小的材料，电阻率低于目前国内电线电缆的首选材料铜，石墨烯有

25、可能成为电缆导体的替代产品。石墨烯复合半导电屏蔽料项目材料应用于中高压电缆后，可大幅降低电缆内外半导电屏蔽层的体积电阻率、改善其热稳定性，提高屏蔽层对电场的均化效果，有效减少电缆运行中可能出现的局部放电现象，保障电力线路运行的安全性和可靠性，提高电缆运行寿命。2.27 石墨烯润滑油通过用石墨烯对润滑油进行改进，可以增强动力、降低油耗和汽车尾气排放量。石墨烯通过与润滑油一起进入发动机，经过一系列的机械摩擦形成一个个纳米小球，可在摩擦时产生滚珠效应，同时能够起到填充修复发动机摩擦副表面的作用。同时，由于石墨烯的韧性强，作为摩擦填充物，不容易被破坏和磨损，从而达到大幅度降低发动机磨损率、延长发动机使

26、用寿命的目的。2.28 石墨烯补强填料 石墨烯优异的力学性能、电性能成为制备具有高性能聚合物复合材料的理想补强填料。石墨烯补强的环氧树脂复合材料比单壁碳纳米补强要高31%，断裂韧性比多壁碳纳米管高53%，石墨烯在新型聚合物复合材料的制备方面，具有广阔的应用前景。2.29 石墨烯航天材料石墨烯还可作为航天材料的传感器，对大气层或航天器本身进行检测。石墨烯可以作为飞机轻型高强结构材料。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，在航天军工等领域有广泛应用。2.30 石墨烯加热组件石墨烯加热组件预计在12 年内成为应用增长点石墨烯可用于加热组件，汽车玻璃将是重要应用领域。利用导电特性

27、，石墨烯可以通过涂镀制成加热组件。用于衣服保暖、工业温控等。同时，也有部分企业将此功能用于汽车前后玻璃加热用，未来将可能成为车用加热玻璃的重要选项。2.31 石墨烯纤维纺织物研究人员在连续化湿法纺丝技术的基础之上成功研制出了第一块由纯石墨烯纤维构成的织物。这种石墨烯纤维无纺布具有非常好的柔性，导电和导热性能分别达到28000S/m和301W/mK，而密度仅有0.22g/cm3，其比导电率和比导热率远远高于已报道的碳基二维织物、薄膜材料及商业化的碳纤维纸。同商业化的电加热元件相比，石墨烯纤维无纺布具有快速热响应及高工作温度等显著优势。同时，该无纺布对有机物的吸附量和吸附速度明显优于商业化的吸油毡

28、。基于以上优异性能，石墨烯纤维无纺布可被用作能源领域的电极材料、快速高效的电热织物以及吸附有机物的吸油纸。2.32石墨烯飞机石墨烯这种新材料在热学、力学、电学等方面表现出来的特性，让航空航天和汽车领域的研究者为之一振。它可以作为一种纳米的添加剂，在提高热固性塑料和热塑性塑料的机械强度的同时，还能减轻材料的重量。如果近一步优化，还可以在普通的塑料中增加热、电相关的特点，让一个单一功能的材料，变成多功能的材料。在航天领域，石墨烯潜力巨大。使用石墨烯之后，可以让无人机机翼兼顾高强度和低重量，在耐冲击方面，石墨烯机翼比碳纤维机翼要强60%。2.33 石墨烯高导电复合膜石墨烯高导电复合膜可以应用于航空器

29、除冰、电磁屏蔽和非金属导电电极、柔性发热材料等多个领域，特别是应用于石墨烯发热可穿戴产品中，解决困扰现有发热材料的舒适性、贴服性、统一性的问题。因此，该石墨烯高导电复合材料的推出，在技术性能指标上取得很好的优势，将进一步推动石墨烯材料的产业化发展，市场前景巨大。2.34 石墨烯刹车片将人造石墨烯通过混合、压制、烧结、热处理、增强处理、机械加工等工序，最终就完成石墨烯汽车刹车片的生产。石墨烯刹车片刹车时耐高温度是传统刹车片的13倍，撞击强度是传统刹车片的4倍，耐磨损是传统刹车片的6倍，耐酸碱是传统刹车片的15倍。2.35 石墨烯3D打印原料在3D打印常规使用的聚合物材料中加入石墨烯，在很多方面改

30、变了聚合物的性能，它提高了聚合物的机械强度以及其导电和导热性能。2.36 石墨烯柔性显示设备与传统的显示屏导体材料相比，石墨烯性能更为优异，石墨烯的柔性特性更能增加触摸屏的使用寿命，随着柔性显示技术的推进，石墨烯膜在液晶显示屏和可穿戴设备市场中有望迎来广泛的应用前景。石墨烯具有高透光性、强韧性和优异的导电性能，是新型透明导电膜最理想的材料，且其柔性好，易于弯曲，是新型透明导电膜最理想的替代材料。2.37 石墨烯纳米银线复合柔性透明导电膜石墨烯纳米银线复合产品具有较小的弯曲半径，且在弯曲时电阻变化率较小，可以更好地延伸，同时具备更高的透光率。应用在曲面显示设备时具有明显优势。2.38 石墨烯触控

31、产品石墨烯触控产品将广泛用于各类交互显示场景，以取代机械式的按钮面板。石墨烯触控屏的性能出色，且具有柔韧和宽温度适应性两大特点。当前国内外均已有石墨烯触控屏研发成功并投产，韩国三星公司和成均馆大学在研究制造了63厘米宽的纯石墨烯，并用该石墨烯制造了柔性触控屏；国内二维碳素、第六元素均已经有传感器、触控组件量产；重庆墨希科技有限公司与嘉乐派科技有限公司发布了石墨烯手机。2.39 石墨烯智能可穿戴设备石墨烯具备透明、柔韧，导电性能高，可以任意变化，应用于穿戴设备能更好适配人体，实现消费突破。当前，技术上石墨烯柔性屏幕已经获得突破，如电子皮肤的研发成功，实现了可以任意弯曲与变形，仿人类触觉感知的功能

32、，未来会更好地适配可穿戴设备。近些年，随着全球电子设备产销量的逐步提升，特别是智能手机、电脑、车载显示、可穿戴设备等产业的快速发展，石墨烯凭借其可弯曲、高导电、高透光率等优异特性，在可穿戴设备等新兴领域将会具有快速推广的潜力。2.40 石墨烯芯片石墨烯芯片相比于硅芯片，性能极大提升。科学家认为，利用石墨烯制造晶体管，有可能最终替代现有的硅材料，成为未来的超高速计算机的基础，石墨烯晶体管的尺寸越小，其性能越好。用石墨烯制造的集成电路小尺寸下性能稳定，主频高且发热量小，数据传输速度更快，将使更快的计算能力变为现实。这不仅能够推动芯片行业的进步，还能够推动人工智能和认知计算的发展。在未来，石墨烯芯片

33、这项技术或许会为芯片及相关行业带来一场革命性的改变2.41 石墨烯自旋电子电路开关石墨烯具有自旋过滤，使获取高度自旋极化的载流子成为可能。这种原理就和过滤器一样，只允许某一种自旋方向的电子通过，阻碍另一种自旋方向的电子，这样可以使电子的“上”和“下”旋可以被区分开来，从而形成了数字逻辑中的“0”和“1”，实现了电路的开关功能。2.42 石墨烯单原子磁体存储设备瑞士洛桑理工学院的物理学家用单个原子磁体在石墨烯上铺装成超级晶格结构，成功研制出基于单原子的存储装置原型。该装置数据存储密度达到每平方英寸115 TB，预示着新一代存储介质即将到来。2.43 石墨烯OLED电极德国弗劳恩霍夫研究所和德累斯

34、顿的电子束激光技术，首次成功制备了OLED石墨烯电极。该电极中心面积为2cm×1cm，未来有望应用于其他领域，两三年之内第一批OLED石墨烯基电极产品将被生产出来并投入应用。2.44 石墨烯相机感光元件石墨烯是一种高度敏感而且可以让大多数光透过的材料，石墨烯感光探测器可以吸收尽可能多的光来构建更清晰的图像，并且不用牺牲图像的清晰度。根据诺基亚官方消息，有两款诺基亚高端安卓手机正在研发，分别是诺基亚C1和诺基亚P1。它们最大的亮点是相机感光元件或采用石墨烯材料，屏幕分别是5.2英寸和5.5英寸，搭载Android 7.0系统，都将配备2K分辨率的AMOLED面板，采用金属机身设计和诺基

35、亚的风格。2.45 表面等离子共振石墨烯光电器件在P型氮化镓表面放置石墨烯可制成直接发光的二极管，正向和反向通电下均可发光。在氮化镓表面旋涂一层银纳米颗粒，然后再放置一层石墨烯，利用银纳米颗粒的等离子场增强效应可将器件发光亮度提高一倍以上，当石墨烯接正压时，器件发出565nm附近的黄绿光；当石墨烯接负电压时，器件发出395nm附近的纯净蓝光。在石墨烯异质器件表面简单旋涂一层金纳米颗粒后，利用等离子体共振聚焦太阳能光场在石墨烯表面，将太阳能电池的效率提升了30%，进一步优化后可将效率提升到16.2%，并且器件保持100小时光照后效率也没有下降。2.46 石墨烯光电探测器在光电子领域，石墨烯这种无

36、能隙存在的结构正吸引众多研究人员的注意，这一特点在光电检测器领域内尤为突出，石墨烯使得更高效率的近太赫兹光电检测器成为可能。新型石墨烯光电探测器可以检测到比现有光电检测器检测能级还小十万倍的光能。2.47 石墨烯激光器新型石墨烯基超晶格材料可以在可见到近红外波段较宽的波长范围激发出表面等离子体，光激发该超晶格材料可以得到波长可调的拉曼纳米激光。该拉曼纳米激光具有无阈值、可室温操作、激光波长可调、激光波长覆盖范围广从可见光到近红外光的波段等特点，有希望在纳米光技术上如生物医学成像等方面取得应用上的新突破。2.48 新型石墨烯深紫外光电探测器深紫外光电探测器在军事上具有红外光电探测器不可替代的优势

37、，尤其在紫外通信、导弹预警与追踪、电子对抗等领域。将透光性好，电子迁移率高的电子材料石墨烯和高质量的-Ga2O3单晶片引入到深紫外光电探测器的结构中，得到结构简单、成本低、但探测率高和稳定性好的深紫外光电探测器，光谱分析结果显示，该深紫外光电探测器具有非常强的光谱选择性，在深紫外区域响应非常明显，这些优异的特性使得深紫外光电探测器在光电系统中具有重要潜在的应用。2.49 石墨烯光调制器石墨烯已经证明了显著的光学性质，包括由精细结构常数和可门控可调内源等离子体限定的视觉透明度。最近，石墨烯已经与其他2D材料例如六方氮化硼(hBN)结合以形成用于开发LED的结构。结合石墨烯、六方氮化硼和纳米级金光

38、栅，可以创建一类新的光调制器。使用光而不是电信号，允许这些电路的尺寸的显着减小，这为制备更快的电路铺平了道路。2.50 石墨烯静电扬声器静电扬声器是一种通过振膜在静电力作用下作前后振动来发声的扬声器。它的振膜质量极轻，因而解析力极佳，能捕捉音乐信号中极为细微的变化，充分表现音乐的神韵。应用于汽车、飞机、公司、休闲场馆、零售店、剧院、会议室、户外和室内的音乐会、俱乐部和展览会等众多领域。采用石墨烯树脂复合材料研发出的石墨烯静电扬声器，和金属复合树脂膜相比，石墨烯静电振膜工艺更简单、成本低廉、寿命更长、不易氧化、柔性好、透明度好、音域更宽、能够表现金属树脂复合所没有的中低音。2.51 新型石墨烯振

39、膜发音单元有科学家做出了石墨烯振膜的发声单元，声音效果非常理想，轻且能耗很低，基于这项科研技术，可让使用电池驱动的便携式无线振膜耳机续航延长50%，推出采用石墨烯振膜发声单元的便携式无线耳机。石墨烯比一般的振膜轻很多，会很快回弹到原始的位置，在设计时就几乎不用考虑到能量的损耗。而传统的扬声器做不到这一点，需要使用更多的电力来驱动。另外，这项优点还能够改善频响曲线，达到更佳的音质，可以有效地提升便携式耳机的电池播放时间。2.52 石墨烯超声波麦克风用石墨烯制成的新式超声波麦克风可以接收人类听觉以外的声波信号，用石墨烯来替代传统的聚合物制成的麦克风振膜。研究者使用这个石墨烯增强的麦克风，制成了可用

40、于接收超声波无线电的设备，例如海豚、蝙蝠的超声波信号。单层原子厚的石墨烯很薄，重量轻，强度好，因此它对振动极为敏感。基于石墨烯制成的麦克风的听觉范围除了能覆盖人类的听觉范围（从20Hz到20kHz），还能检测到高达500kHz频率的声音，然而一只蝙蝠的听力范围只在 9kHz-200kHz。无论从自然科学、军事、还是民用等领域来看，石墨烯麦克风都有巨大的潜力。2.53 石墨烯电子流态控制设备 美国宾西法尼亚州州立大学材料研究学院研制出一种基于双层石墨烯的设备，该设备不仅提供了电子动量控制的实验证据，更重要的是由于比互补金属氧化物半导体（CMOS）晶体管需要最少的能量，散发更小的热量，因

41、此可能为电子学开创一个新的分支。在双层石墨烯薄层的上下输入一对格栅，然后添加了一个与平面垂直的电场。通过在一侧施加正电压，在另一侧施加负电压，可在双层石墨烯中打开一个双层石墨烯通常不存在的能带隙，在双层石墨烯中间、两侧之间留出一个大约70纳米的物理间隙，从而控制电子流态。2.54 石墨烯制备承受强电流材料最新实验表明，石墨烯可承受极强电流的通过。这可使得失调电荷快速平衡。石墨烯再次证明了其神奇之处。一个由维也纳工业大学应用物理研究所领导的国际研究小组，进行了一项实验，证明了石墨烯中的电子流动性极强，反应速度极快。将氙离子和石墨烯薄膜上的超高电荷相碰撞，可以将石墨烯上极为精确的某点上的电子大量脱

42、离。然而，在几飞秒之内，石墨烯就可实现对电子快速再补给。这将导致正常情况下不可能持续的超强电流的出现。这种非比寻常的电子属性使得石墨烯成为电子领域未来应用的强有力的备选材料。2.55 石墨烯电磁屏蔽材料随着现代电子工业的快速发展，人类已经进入了电子信息化时代，越来越多的电子和电器设备已经进入社会的各个角落，但是这些电子电器设备在运行过程中会产生一定的电磁波，不仅会对周边的电子电器设备产生一定的电磁干扰，同时也会对人类的身体产生一定的电磁辐射危害。为了有效地抑制电磁干扰和电磁辐射危害，电磁屏蔽材料的研究显得尤为重要。宁波材料所高分子团队一直致力于高效电磁屏蔽材料的开发，前期已经在石墨烯基电磁屏蔽

43、材料的制备以及性能研究方面取得一系列进展。近期，该团队又在石墨烯基电磁屏蔽材料的结构设计与性能研究方面取得重要进展。2.56 石墨烯近场通信天线NFC技术，是保证两个设备之间相互传输数据的一组通信协议。NFC 最大的特点就是：它可以在近距离内（一般5厘米内）无线地传输少量数据。在这样近的传输距离内，数据会更加安全，不容易遭受窃取。目前，这项技术的应用领域包括库存、资产、人员、动物的跟踪和管理、非接触式支付系统，安全卡和社交网络。石墨烯旗舰项目的意大利合作伙伴 CNR-ISOF 的研究显示，石墨烯可用于制造完全柔性的天线。Graphene Flagship 将材料特性、计算机建模和器件工艺相结合

44、，设计了这种天线。它可以利用例如手机之类的近场通信设备交换信息，并且匹配传统金属天线的功能。基于石墨烯的NFC天线是化学惰性的、抗几千次弯曲、并且可以放置在不同标准的柔性基底和丝线上。2.57 石墨烯谐振器石墨烯具有很强的导电性，表现出很高的金属导电率，即使没有载流子的限制，Johnson噪声也很低，热交换引起的附加（1/f）噪声维持在很低的水平。这些特点无疑使石墨烯成为制作谐振器谐振梁的理想材料，可以用于微质量、压力、分子、DNA 的检测，非常适用于细胞吸附和环境变化监测，为高灵敏度、小体积和共振频率高的谐振器的研究与应用提供了可能。将石墨烯进行化学生物修饰，使其对某一气体或生物分子具有特异

45、敏感特性，则可以实现对该气体或生物分子的快速定向检测，能够快速重复地特异性检测有毒化学气体。2.58 石墨烯压力触控传感器2016年iPhone 6s发布，3D-touch成为了手机界的热点，3D Touch触控技术是指屏幕可感应不同的感压力度触控从而给出更丰富的功能。石墨烯压力触控传感器以其超小型结构，以单点，两点，四点分布式安装模式，分别实现单点、分区两点、触觉反馈功能，具有超高灵敏性，感应度可覆盖10毫克到5公斤的按压强度。该传感器可实现多级按压感应、轻按、轻击、指甲敲击、壳体振动等多项功能；可适用于多级按压菜单选择、多种游戏操作体检、真实压力笔迹、压力密码、取代边框按键等各种场景应用环

46、境，为软件硬件设计提供了充分的想象空间；现已通过了超过50万次以上的疲劳按压、高温高湿、高低温循环冲击等各种可靠性测试；同时也兼具使用方便、体积小、经济适用、易于安装集成等优势，未来将会向医药、医疗以及环保等多重应用领域推广。2.59 石墨烯应力传感器石墨烯适用于制作高灵敏度应力传感器。石墨烯不但具有纳米尺寸，而且还具备准连续特点，这种准连续的纳米石墨烯薄膜可转移到柔性衬底上，制作柔性、透明的高灵敏度应力传感器，进而应用于人造电子皮肤等领域。并且由于石墨烯传感器稳定性强、体积小，制成的石墨烯电子皮肤厚度小，可被黏在手指上检测关节活动；诺基亚和中科院物理所等均已宣布在石墨烯电子皮肤中取得进展；应

47、力测量范围超过30%，灵敏因子提高到500 以上。2.60 石墨烯化学传感器石墨烯可以在硅支架上延展，插入到两个独立的液体库之间。当流体槽存在电压时将推动离子通过石墨薄层。当石墨薄层被钻上纳米小孔时，电压使粒子流通过孔隙，并显示电子流信号。虽然离子和水不能流过石墨烯，但石墨烯薄膜能够将不同的离子和其他的化合物吸引到其两个接近程度达到原子级的表面，从而改变石墨烯电传导，用于化学传感。2.61 石墨烯生物传感器石墨烯是生物传感器的优良材料。石墨烯具有优良的电子、光学、热学、化学和机械性质，使其具有构筑探针分子和信号传递并放大的三重作用，成为应用于超灵敏生物传感器的理想材料。快速的电子传递和可多重修

48、饰的化学性质使其能够实现准确而高选择性的生物分子检测。石墨烯及其复合材料越来越多地被应用到生物传感器的制备中。石墨烯用于生物传感器领域研究的重点集中在以下两个方面：一是石墨烯电化学生物传感器，涉及酶传感器（用于检测过氧化氢、葡萄糖、抗坏血酸、多巴胺、尿酸等）、免疫传感器（用于检测病毒、细菌、癌症标记物等）、DNA传感器、蛋白质传感器等；二是石墨烯光学生物传感器，包括荧光传感器和基于共振能量转移传感器。石墨烯基的生物传感器包括电流型传感器、电阻型传感器、场效应晶体管传感器、FRET传感器等。通过石墨烯丰富的表面官能团修饰目标分子，既能快速传递电子，又能实现生物分子的选择性检测。 2.62 石墨烯

49、血液分析传感器用石墨烯制作的血液分析传感器可用于在血液测试中，尽量减少病人是需要给予的血量。通过化学修饰石墨烯，可以开发高灵敏度的石墨烯传感器，只需要很小的血量就能检测各种成分。2.63 石墨烯气体传感器石墨烯用作气体传感器的另一个重要原因是其独特的电子结构，某些气体分子的吸附能诱导石墨烯的电子结构发生变化，从而使其导电性能快速地发生很大的变化，利用这个原理可以实现对气体单分子(N02、NH3、H2O和CO等)的检测。2.64 石墨烯电化学分析以化学还原的石墨烯氧化物修饰的玻璃碳电极作为新的电极体系，提出了电化学传感的新型实验平台。石墨烯氧化物修饰电极上细胞色素C、肌红蛋白和辣根过氧化物酶（H

50、RP）等3种金属蛋白的直接电化学行为，发现石墨烯可促进其电子转移动力学，而且其生物活性几乎不受影响。氧化石墨烯表面的缺陷和含氧基团具有化学和电化学反应活性，可化学键合固定生物大分子用于研制生物传感器。基于石墨烯材料的非共价固定法用于生物传感研究也有很多例子；免疫传感是生物亲和传感的重要类别，在生物分析中占有重要地位；氧化石墨烯材料研制了三明治型免疫传感器，该传感器优异的性能是因为石墨烯具有快速的电子转移速度和大的比表面积。2.65 石墨烯基因测序研究人员在石墨烯上钻出纳米孔，通过检测孔隙的离子交换证实长DNA分子能像线穿过针眼一样地通过石墨烯纳米孔。石墨烯上的纳米孔是第一个小到足以分辨两个近邻

51、核苷碱基对的纳米孔。 通过检测穿过石墨烯纳米孔的离子流，流体中石墨烯的厚度少于1nm，比分离单个动物或人类细胞的薄膜还要薄数倍，石墨烯是当今世界上可用于流体槽分离的最薄的膜。2.66 石墨烯量子点成像n石墨烯量子点突出性能，将打开生物医学新应用。物理学上，将三维尺度局限在1-100nm，并具有显著的量子限域效应和尺寸效应的纳米结构称之为量子点，比如硅量子点、碳量子点以及新兴的石墨稀量子点。与常用于细胞标记、染色的有机突光染料相比，量子点具有突光强度高、稳定性好、性质稳定等优良的光学特性。并且石墨稀量子点的生物相容性良好，具有良好的光学性质，例如，石墨烯量子点在生物成像中，具比有荧光更稳定，不会

52、出现光漂白和不易光衰等特点。所以，其可以广泛用于细胞成像、纳米药物运输系统、生物检测、生物成像、肿瘤治疗、生物传感器等生物医学领域的研究。2.67 石墨烯心脑血管成像石墨烯在直观绘制液体中的弱电场时，它可以用作一种异常敏感的照相系统的胶片，研究者期待这种新方法运用于人类心脑血管电学信号网络的可视研究，并提供更丰富、更精细的成像。这种直观绘制极弱电场强度及运动的能力同样可以运用于被称为微缩芯片实验室的发展。这种设备使用微芯片装备上极为少量的液体来进行医学研究，比如诊断疾病或助力药品发展，或自动操作其他一系列的生物化学分析。这个设备还拥有巨大潜力，可运用于特殊化学物质的检测滞留，以及光电子学的研究

53、发展。研究者表示，石墨烯用于心脑血管成像可以更为轻松地测量单个细胞的电脉冲在包含100个以上活细胞的细胞网络内的传播。2.68 石墨烯造影剂 去医院拍过X光片、做过磁共振成像的人应该知道，在做这些检查之前，患者需要服用造影剂（显影剂），辅助图像的显示。造影剂的剂量是一个微妙的问题，医生一方面需要足够的造影剂达到一定的显示效果，另一方面，还要考虑造影剂对人体的毒性。莱斯大学的研究者研制出了不含任何金属的石墨烯基显影剂。不含有金属元素并不是重点，重点是在经过试验后，研究者发现，这种新型显影剂完全没有任何毒性迹象。在石墨烯和石墨中引入氟元素，可以得到更清晰的磁共振图像。2.69 石墨烯药物

54、载体由于石墨烯具有单原子层结构，其比表面积很大，且由于其良好的生物相容性，非常适合用作药物载体。美国科学家首先制备了聚乙二醇功能化的石墨烯，使石墨烯具有很好的水溶性，并且能够在血浆等生理环境下保持稳定分散，然后利用-相互作用首次成功地将抗肿瘤药物喜树碱衍生物(SN38)负载到石墨烯上，开启了石墨烯在生物医药方面的应用研究中国科学家等利用氢键作用，以可溶性石墨烯作为药物载体，实现了抗肿瘤药物在石墨烯上的高效负载由于石墨烯具有很高的比表面积，阿霉素在石墨烯上的负载量可达2.35 g，远远高于其它的药物载体。2.70 石墨烯治疗糖尿病等慢性病韩国基础科学研究所（IBS）纳米颗粒研究中心的研究人员制造

55、出一种基于石墨烯的糖尿病补片，它通过使用人汗液而允许准确地监控糖尿病和反馈治疗结果。研究人员通过将电化学活性的柔软功能性材料整合在掺金石墨烯和蛇形金丝网的混杂物上而改善这种生物医学设备的检测能力。正如基于酶的葡萄糖传感器受到pH值和温度的影响，这种设备的pH值和温度监控功能能够系统性地校正汗液葡萄糖测量值。基于石墨烯的可穿戴设备不仅能够监测汗液葡萄糖水平和pH值，而且也可通过温度反应性微针控制药物经皮给药。准确的汗液葡萄糖测量值被用来估计病人血液中的葡萄糖水平。在多次使用后，这种设备仍然保持它的初始灵敏度，因而允许多次治疗。将这种设备连接到便携式/无线的电源和数据传输单位，从而能够即时治疗糖尿

56、病。2.71 石墨烯区分普通细胞与癌细胞细胞和石墨烯发生相互作用后，能够通过拉曼成像技术区分出活跃的癌细胞和普通的细胞，这使得石墨烯有望用于癌症的检测。正常细胞和癌细胞在与石墨烯进行相互作用时，在石墨烯晶格中所产生的原子振动的能量并不同，所以在拉曼成像下会显示出不同的情况，由此可以辨别是否有癌细胞。此外，石墨烯细胞检测技术也可以在细菌中使用这项技术，来快速检查菌中是革兰氏阳性还是革兰氏阴性。2.72 石墨烯医学抗菌氧化石墨烯是一种能够破坏细胞膜的物质。它破坏细菌真菌的办法主要是依靠石墨烯的切割效果，它像刀一样锋利可以轻松的破坏细胞，使细胞内的物质泄漏，导致细胞死亡。同时它还有几个优点，成本低，

57、容易大规模生产，对环境没有污染。这个方法相比之前的消毒有很多的优点，价格上相对便宜，通过物理切割的方式杀死病菌，使用石墨烯这种物理方法的灭菌药剂，将不必再担心用抗生素会产生的“超级细菌”。使用这种方式消毒的物品，在反复使用的过程中，也不会在人体残留，这样对人体的危害大大减轻。对于免疫功能下降的患者来说，具有重大意义。2.73 石墨烯治疗细菌感染中国科学院长春应用化学研究所利用透明质酸包裹的石墨烯/介孔二氧化硅纳米片层（GS）作为纳米载体，铁磁纳米粒子（MNPs）作为催化剂，构建一种具有靶向性且能“按需”释放前药抗坏血酸（AA）的载药体系AAGSHA-MNPs来治疗细菌感染。当载药纳米粒子到达感

58、染位点后，包裹的透明质酸被目标细菌所分泌的透明质酸酶降解，装载的AA逐渐释放，然后被粘附在细菌膜表面的MNPs催化产生高毒性的OH。由于石墨烯具有优异的光热性质，该体系可以实现化疗/光热协同抗菌作用。该抗菌体系还拥有广谱性的抗菌性能，无论是对革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）还是革兰氏阴性菌（如大肠杆菌）都具有高效的杀伤能力。另外，由于被膜成分可被OH降解，该抗菌体系还能有效地分散顽固的生物被膜，并杀死受其保护的细菌。2.74 石墨烯治疗受损肌肉根据伊朗国家纳米技术振兴委员会的报道，研究人员使用聚合物纳米纤维和石墨烯合成，用于修复受损肌肉组织的支架。该实验室制作的支架，可以在实际治疗中用于修复受损的肌肉组织。由于石墨烯性能较好，可