石墨烯的應用，除了近年已知的防腐涂料、超級電容器、計算機、生物傳感、DNA測序等應用有更多的發現外，還有鋰硫電池、高效燃料電池、淡化海水、細菌滅蟲器等一系列新的應用研究突破，來一睹為快!

石墨烯(Graphene)是由一個碳原子與周圍三個近鄰碳原子結合形成蜂窩狀結構的單層片狀結構新材料。自2004年以來，當研究人員首次從普通石墨中分離出單層石墨烯，技術界就給予這種“神奇的材料”很高的期望。

有人預測，石墨烯將取代硅作為電子器件的主要材料。但石墨烯永遠不會取代硅，因為石墨烯不是半導體。據預測，石墨烯的第一個廣泛的商業應用可能在生物傳感領域、下一個可能是電池產品。

曼徹斯特大學的研究人員在2004年首次生產石墨烯，并且測試一種石墨烯氧化物分子篩，它可以更加便宜而且高效的從海水中生產淡水。麻省理工學院的研究人員最近展示了一種由3D印刷石墨烯制成的未來建筑材料。劍橋石墨烯中心的法拉利表示，“石墨烯具有很大的潛力，但我們至少需要花費10到15年才能實現。我們不知道是否會成功，但我對結果越來越滿意。”

電池、超級電容應用

石墨烯海綿添加劑用于增強鋰電池性能

日本NEC公司的研究員錢成開發了一種多孔石墨烯海綿添加劑，也稱為Magic G，該蜂窩狀多孔石墨烯海綿具有高導電性，高比表面積和高電解質吸收能力，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。由于添加劑引入后而產生的電極特性，對于用于電動車輛的鋰離子電池是必不可少的。雖然目前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，它們仍然受到低功耗的影響。

石墨烯納米管混合物用于鋰金屬電池

萊斯大學創建的鋰涂覆混合石墨烯和碳納米管電池的陽極的三維結構，避免形成枝晶。通過解決枝晶的問題，創造了一種可充電的鋰金屬電池，其電池容量是商業鋰離子電池的三倍。當新電池充電時，鋰金屬均勻地包覆了碳納米管以共價連接到石墨烯表面的高導電碳雜化材料。如ACS Nano報道，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。目前他們正在中試規模生產這些陰極加陽極的完整電池，并對它們進行測試。

3D石墨烯上的鎳鈷硫化物核/殼結構用于超級電容器

鎳鈷硫化物的三維核/殼結構是在石墨烯上使用一系列水熱步驟進行納米工程而生成的，而用于生長核殼結構的石墨烯是在應用于超級電容器的CVD上生長的。據研究，石墨烯和NCS/CNS核/殼三維多孔結構的協同優勢可以使，在10mA/cm2的電流密度下，獲得了15.6F/cm2的優異的電容，在5000次循環后具有93%的優異的循環穩定性和優異的速率能力，電流從10mA增加到100mA /cm2時速率能力為74.36%。這種混合結構將來在高性能儲能裝置方面有很大的應用潛力。

石墨烯納米膠囊促進鋰硫電池商業化

美國阿貢國家實驗室和俄勒岡州州立大學的研究人員，發現了一種新的陰極結構硫化鋰電池，這種陰極由包覆多層石墨烯的二硫化鋰納米晶體組成。這種設計允許最大量的活性硫化物進入電極，從而大大提高了導電性。可以有效地保存活性硫，因此電極不會膨脹，同時也解決了現有硫電極和先前報道的二鋰復合材料面臨的主要問題。

釕原子附著石墨烯上用于制造高效燃料電池

萊斯大學科學家通過將單一的釕原子附著到石墨烯上，為高性能燃料電池制造了耐用的催化劑。化學家James Tour通過測試后發現，其性能與傳統的鉑基合金、最佳鐵氮摻雜石墨烯的性能相當。

萊斯大學科學家通過將單一的釕原子附著到石墨烯上，為高性能燃料電池制造了耐用的催化劑

石墨烯基鋰電池充電寶

深圳的倍斯特科技與東旭光電聯合發布了一款石墨烯基鋰電池充電寶，在產品性能方面宣稱15分鐘迅速充滿5000mAh，其充電速度較普通充電寶大幅提升。

不過有業內人士表示，“石墨烯電池”技術依然不完善，石墨烯只有在理論上能夠提高充放電速率，而對于容(能)量的提升基本沒有任何幫助，“目前石墨烯只是作為導電添加劑(用量非常少)，可以讓電池充電倍率提高，但是對電池容量的提升基本沒有幫助。即便是在導電添加劑上的應用，也要建立在石墨烯的生產成本大幅降低的基礎之上。”

石墨烯膜應用研究進展

石墨烯膜用于淡化海水

曼徹斯特大學研究人員開發出一種可擴展的、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。研究人員通過物理方式控制石墨烯薄膜在水中的膨脹程度，保證孔徑比鹽離子更小，解決了薄膜在水中膨脹后不能濾掉普通鹽離子的問題。

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

石墨烯膜用于離子篩分和海水淡化

中國科學院上海應用物理研究所方海平團隊、上海大學吳明紅團隊、南京工業大學金萬勤團隊和浙江農林大學學者多方合作，提出并實現了用水合離子自身精確控制石墨烯膜的層間距，展示了其出色的離子篩分和海水淡化性能，解決了其在水處理、離子/分子分離以及電池/電容等應用的關鍵問題。

　　來源：中國科學院上海應用物理研究所

石墨烯膜用于生產重水 使核去污能耗成本減少100倍

曼徹斯特大學的研究人員Marcelo Lozada-Hidalgo博士領導的團隊展示了一種可完全擴展的石墨烯膜原型，這種石墨烯膜能夠更有效地生產重水，從而產生更環保便宜的核電。與現有技術相比，石墨烯可有助于核電廠生產重水和去污能耗成本減少超過100倍。研究人員認為，超重氫凈化的能源效益在未來將會更大，這是全球主要關注的問題。

石墨烯用于制功能性透析膜

麻省理工學院的工程師從石墨烯片中制備出了功能性透析膜，研究人員首先在銅箔上生長石墨烯;蝕刻掉銅并將石墨烯轉移到聚碳酸酯的支撐片上，其中到處分散有足夠大的孔，使得已經通過石墨烯的任何分子均可穿過。該石墨烯膜與商業透析膜進行對比實驗發現，石墨烯膜能夠以更高的“滲透性”進行，比期望的分子過濾速度快了近10倍。麻省理工學院機械工程系博士后PiranKidambi表示：石墨烯可以改善膜技術，特別是對于實驗室規模的分離過程、以及潛在的血液透析等應用領域。

　　圖片來源：麻省理工學院

石墨烯超級電容器打印初試告捷，用于可穿戴電子產品

據phys報道，來自曼徹斯特大學的研究證明，只要通過簡單的絲網印刷技術就可直接將柔性電池類設備印刷到紡織品上。他們將可導電的氧化石墨烯油墨印刷到棉織物上，成功制得固態的柔性超級電容器。這種油墨和紡織品材料之間會發生強烈的相互作用，得到的印刷電極表現出優異的機械穩定性。下一步該做的是發展一種簡單可工業量產化的印刷技術來生產這種超級電容器，這將對下一代多功能可穿戴電子產品的實現至關重要。

　　圖片來源于曼徹斯特大學

石墨烯高導電復合膜

常州二維碳素在石墨烯高導電復合膜方面取得重大技術突破，攻克了目前存在的石墨烯一致性不佳、導電性差、以及在高分子材料基體中分散復合工藝復雜等一系列問題，成功制備了具有超高導電性的石墨烯導電復合材料。該材料體積電阻率可低至10-2Ω˙cm，體積密度可小于1g/cm3。該項技術的生產工藝簡單可靠，適用于大規模工業化生產及應用。

　　防腐涂料應用

石墨烯重防腐涂料

中國科學院寧波材料技術與工程研究所王立平研究員和薛群基院士團隊成功研制出擁有自主知識產權的新型石墨烯改性重防腐涂料，成功突破石墨烯改性防腐涂料研發及應用的四大技術瓶頸，開發出石墨烯“防腐外衣”。

目前該成果已通過中國腐蝕與防護學會鑒定，關鍵技術指標鹽霧壽命超過6000小時，處于國際領先水平，相關成果已經由寧波中科銀億新材料有限公司實施產業化，目前已定型的八大類產品已經在電力設施、船舶、石油化工裝備等領域實現了規模應用。

其他應用進展

石墨烯/六方氮化硼復合材料用作電子封裝材料

中科院合肥研究院應用所在不破壞材料結構的情況下，設計自組裝合成出系列石墨烯/六方氮化硼雜化結構。利用導熱組分在聚合物中選擇性分布，獲得絕緣導熱雜化結構。通過模擬，驗證了該雜化材料在散熱領域的應用可行性。該類聚合物基復合材料擁有優異的傳熱性能和電絕緣性能，在先進電子封裝領域以及熱管理領域具有廣闊的應用前景。

石墨烯或可成為促進神經再生的良藥

愛荷華州立大學的科學家們開發出一種利用噴墨打印機的納米技術生成多層石墨烯電路，有望將間質干細胞(形成骨、軟骨和脂肪細胞)轉化為施旺細胞，這種細胞在促進神經細胞的康復中起著多種作用。

這種技術處理的電路包含了凸起的、粗糙的三維納米結構，間質干細胞黏附在這種納米結構上生長。其中的石墨烯成分具有極其優良的導電性和導熱性，同時也具有優異的耐久性和生物相容性。根據該團隊的研究結果得出結論：“靈活的石墨烯電極可以適應損傷部位，并為神經細胞再生提供了直接的電刺激，這些結果為體內神經再生鋪平了道路。”

石墨烯非接觸式致動器

新加坡南洋理工大學的研究人員利用靜電致動原理，開發了一種電致型石墨烯致動器，能夠在不接觸的情況下有效識別靠近物體的位置等信息。由于石墨烯膜表面帶有正電荷，當不用帶電物體靠近一端固定的石墨烯小條時，致動器會自發彎曲。這種致動器做成的“智能雷達”和“跳舞小人”都反映了它在實際應用的潛力，包括智能開關、運動監測、非接觸式傳感等領域。

石墨烯涂層變形或破裂時變色可用于檢測微裂紋

德國萊布尼茲聚合物研究所研究團隊開發了一種石墨烯涂層，通過使用特殊的沉積方法重疊具有有序和無序特征的石墨烯納米片(GNP)，實現了獨特的“魚鱗”結構，它在變形或破裂時可改變顏色。因此，結合可變結構著色和電氣感測功能的方法為材料故障前的危險等級和微裂紋的早期警告帶來了第一個有價值的步驟，使用幾種顏色來解決“交通燈”中的危險報警和安全性系統。

石墨烯智能玻璃高溫自動變不透明

臺灣清華大學材料系特聘教授戴念華帶領學生團隊，運用石墨烯研發出達到一定高溫就會由透明轉變為不透光的智能玻璃，可降低車內溫度、節省能源，也可應用在智慧住宅。研究人員利用石墨烯具有將光能轉變為熱能的特性，與溫感性水凝膠混和后成為液態物質，注入兩片玻璃之間，只要環境溫度高于32度以上，1至2分鐘智能玻璃就轉為不透光，阻隔大部分光線。調整配方后，也能因應不同需要，造出不同顏色的智能玻璃。

經強光照射2分鐘后，一般玻璃(左)仍呈透明，清華石墨烯智能玻璃(右)已變不透明，阻隔光線與熱能

　　來源：臺灣清華大學

石墨烯納米帶可用于超敏感質量檢測

中國科學技術大學的研究團隊利用懸浮在溝槽上的石墨烯納米棒，通過單電子晶體管(SET)發現了納米機械運動與電導之間的聯系。該納米機電系統(NEMS)利用溝槽底部的金門控觸點，用于激活或觸發納米棒并探索其能量景觀。這些器件的獨特應用可以提供一種將諧振器的機械模式冷卻到基態的可靠方法以及超高的力/質量傳感器。它們還提供了探索超過現有技術解決方案的納米級現象的途徑，可以揭示一系列領域的問題。

電化石墨烯用于細菌滅蟲器

一種激光誘導石墨烯(LIG)的材料是抗菌的，萊斯大學的研究人員發現通過添加幾伏的電力，其抗菌性能可以被提升一個檔次，用石墨烯材料制造了一個細菌滅蟲器。關于滅菌原理，據解釋，石墨烯的鋒利邊緣刺穿它們的細胞膜，然后電荷電解它們，任何剩余的幸存者被過程中產生的過氧化氫迅速中毒。

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

石墨烯用于制造可見光以外的高端相機

ICFO研究人員通過利用PBS膠體量子點,將其沉積在CVD石墨烯上制備出石墨烯量子點圖像傳感器，并將其沉積在具有圖像傳感器和讀出電路的CMOS芯片上。他們首次展示了CMOS集成電路與石墨烯的單片集成，由此產生了一種高分辨率圖像傳感器，它主要是基于石墨烯和量子點(QD)的數十萬光電探測器而成。這種石墨烯與CMOS的單片式集成的演示能夠使光電子應用更加廣泛，例如低功率的光學數據通信和緊湊、超靈敏的傳感系統。

基于CMOS-量子點的石墨烯傳感器，可用于可視紫外線、可見光和紅外線相機。

石墨烯應用于太陽能集熱器

石墨烯具有出色的導熱性，葡萄牙里斯本大學的Bioucas及其團隊使用水和乙二醇作為傳熱導體，探討了不同數量的石墨烯薄片對太陽能集熱器傳熱效率的影響。研究人員發現，在太陽能集熱器的傳熱流體中加入氧化石墨烯，既簡單又可以提高傳熱效率。研究人員分別通過室內鹵素燈以及室外太陽光照射下對比證實，集熱器在室外自然光照射下的傳熱效率明顯優于室內。

石墨烯晶體管開啟計算機的新時代

中佛羅里達大學助理教授Ryan M. Gelfand是研發團隊的一份子，他所在的研發團隊現今研發了一種石墨烯晶體管，這種晶體管在只使用現有晶體管百分之一電力的情況下，能使計算機運行速度提升一千倍。