石墨烯的应用前景

如果石墨烯只是其众多最高级特性之一，那么它将成为对潜在用途进行深入研究的主题。石墨烯在很多方面都非常出色，它激发了科学家们思考这种材料的广泛用途，在消费技术和环境科学等各个领域。

柔性电子产品

除了强大的电性能外，石墨烯还具有高度的柔韧性和透明性。这使其在便携式电子产品中具有吸引力。使用石墨烯，智能手机和平板电脑可以变得更加耐用，甚至可以像纸一样折叠起来。可穿戴电子设备最近越来越受欢迎。使用石墨烯，这些设备可以变得更加有用，设计成紧贴四肢并弯曲以适应各种形式的运动。

然而，石墨烯的灵活性和微观宽度提供了超越消费设备的机会。它也可以用于生物医学研究。小型机器和传感器可以用石墨烯制成，能够轻松无害地在人体中移动，分析组织甚至将药物输送到特定区域。碳已经是人体的关键成分；添加一点石墨烯可能不会受到伤害。

太阳能电池/光伏

石墨烯具有高导电性和透明性。因此，它具有作为太阳能电池材料的巨大潜力。通常，太阳能电池使用硅，当光子撞击材料时会产生电荷，释放一个自由电子。每个撞击它的光子，硅只释放一个电子。研究表明，石墨烯可以为每个撞击它的光子释放多个电子。因此，石墨烯在转换太阳能方面可能要好得多。不久之后，更便宜、更强大的石墨烯电池可能会产生大量可再生能源。

石墨烯的光伏特性也意味着它可以用来为相机等设备开发更好的图像传感器。

半导体

由于其高导电性，石墨烯可用于半导体中，以大大提高信息传播的速度。最近，能源部进行的测试表明，半导体聚合物放置在石墨烯层上的导电速度要比硅层快得多。即使聚合物较厚也是如此。将 50 纳米厚的聚合物放置在石墨烯层的顶部时，其传导电荷的能力优于 10 纳米的聚合物层。这违背了以前的观点，即聚合物越薄，它可以更好地传导电荷。

石墨烯在电子产品中使用的最大障碍是它缺乏带隙，即材料中价带和导带之间的间隙，当穿过时，允许电流流动。带隙是允许半导体材料（例如硅）用作晶体管的原因。它们可以在绝缘或传导电流之间切换，具体取决于它们的电子是否被推过带隙。

研究人员一直在测试各种方法来赋予石墨烯带隙；如果成功，这可能会导致用石墨烯制造更快的电子产品。

水过滤

石墨烯的紧密原子键使其几乎不能渗透所有气体和液体。奇怪的是，水分子是个例外。因为水可以通过石墨烯蒸发，而大多数其他气体和液体不能，所以石墨烯可能是一种特殊的过滤工具。曼彻斯特大学的研究人员测试了石墨烯对酒精的渗透性，并能够蒸馏出非常浓烈的烈酒样品，因为只有样品中的水能够通过石墨烯。

当然，石墨烯用作过滤器的潜力不仅仅在于蒸馏更烈的烈酒。石墨烯还可以极大地帮助净化水中的毒素。在英国皇家化学学会发表的一项研究中，研究人员表明，氧化石墨烯甚至可以吸收水中存在的放射性物质，例如铀和钚，从而使液体中没有污染物。这项研究的意义是巨大的。由于石墨烯，历史上一些最大的环境危害，包括核废料和化学径流，可以从水源中清除。

由于人口过剩仍然是世界上最紧迫的环境问题之一，保持清洁的水供应只会变得更加重要。事实上，水资源短缺困扰着全世界超过 10 亿人，鉴于目前的趋势，这一数字只会继续上升。石墨烯过滤器在改善水净化、增加可用淡水量方面具有巨大潜力。事实上，洛克希德马丁公司最近开发了一种名为“Perforene”的石墨烯过滤器，该公司声称它可以彻底改变海水淡化过程。

目前的海水淡化厂使用一种称为反渗透的方法来过滤海水中的盐分。反渗透利用压力使水通过膜。为了生产大量的饮用水，所涉及的压力需要大量的能量。洛克希德马丁公司的一位工程师声称，他们的 Perforene 过滤器可以将能源需求降低一百倍于其他过滤器。

麻省理工学院用“纳米孔”创造了石墨烯

过滤是石墨烯最明显的用途之一，麻省理工学院的工程师在完善石墨烯分离分子的能力方面取得了长足的进步。2018 年，麻省理工学院的一个团队想出了一种方法，可以在石墨烯片上制造微小的“针刺”孔。麻省理工学院的研究人员使用“卷对卷”方法生产石墨烯。他们的设置涉及两个线轴：一个线轴将一块铜片送入熔炉，在那里将其加热到适当的温度，然后工程师添加甲烷和氢气，这基本上会导致石墨烯池的形成。石墨烯薄膜离开熔炉，缠绕到第二个线轴上。

从理论上讲，该过程允许在相对较短的时间内形成大片石墨烯，这对于商业应用至关重要。研究人员必须微调该过程以使石墨烯完美形成，有趣的是，沿途的不完美尝试后来证明是有用的。当麻省理工学院的团队试图在石墨烯中制造孔隙时，他们首先使用氧等离子体将它们雕刻出来。由于这个过程被证明是耗时的，他们想要更快的东西，并从他们之前的实验中寻找解决方案。通过降低石墨烯生长过程中的温度，它们会出现毛孔。在开发过程中出现的缺陷最终成为制造多孔石墨烯的有用方法。

超导

在剑桥的科学家证明石墨烯与镨铈铜氧化物配对时可以充当超导体（一种没有电阻的材料）后不久，麻省理工学院的研究人员发现了另一个惊人的特性：它显然可以单独充当超导体，在右边配置。研究人员堆叠了两片石墨烯，但将它们偏移了 1.1 度的角度。根据发表在《自然》杂志上的一份报告，“剑桥麻省理工学院 (MIT) 的物理学家 Pablo Jarillo-Herrero 和他的团队在进行实验时并没有寻找超导性。相反，他们正在探索被称为魔角的方向如何影响石墨烯。”

他们发现，当他们通过不平衡的石墨烯堆栈通电时，它起到了超导体的作用。这种简单的通电过程使石墨烯比类似的超导体铜酸盐更容易研究，尽管这些材料在更高的温度下显示出超导性。大多数显示超导性的材料仅在接近绝对零的温度时才会这样做。一些所谓的“高温超导体”可以在133开尔文（-140摄氏度）左右的温度下表现出超导性，这是比较高的；硫化氢在足够的压力下，在-70摄氏度的温度下表现出神奇的特性！

石墨烯排列必须冷却到绝对零以上 1.7 度，然而，研究人员认为它的行为类似于铜酸盐，因此他们希望它将成为一种更容易研究非常规超导性的材料，这仍然是一个领域物理学家之间的分歧很大。由于超导通常只在如此低的温度下发生，超导体只用于昂贵的机器，如 MRI 机器，但科学家希望有一天能找到一种在室温下工作的超导体，这将通过消除对冷却装置的需求来降低成本。

在2019 年发表的一项研究中，研究人员展示了以特定“神奇”角度扭曲石墨烯层如何在比以前更低的温度下产生超导特性。

防蚊

很少有生物像蚊子一样令人讨厌，蚊子叮咬发痒，而且容易传播疟疾等可怕疾病。值得庆幸的是，布朗大学的研究人员已经找到了使用石墨烯的可能解决方案。这项于 2019 年发表的研究表明，皮肤上的石墨烯薄膜不仅可以阻止蚊子叮咬，甚至可以阻止蚊子首先落在皮肤上。一种可能的解释是石墨烯阻止了蚊子嗅到猎物。

发热服饰
石墨烯具有快速发热、低电压加热、2018年平昌冬奥运上，烯旺科技提供的发热服在零下十几度的气温下保证了演出人员在穿着轻薄的演出服后不会受寒。发热过程中释放远红外光波进行人体理疗等性能，首次实现石墨烯生活应用，创造智能、健康、安全的生活体验，也推动石墨烯走向市场普及。

供暖系统

利用石墨烯材料的优异性能，如导电、导热性强，以及石墨烯在改性涂料方面的耐蚀防腐、耐高温等特性，将石墨烯技术应用在供暖领域，打造出了具有行业优势的石墨烯空气源热泵。热泵技术作为近年来在全世界倍受关注的新能源技术，对于推动能源结构的转型优化、促进双碳目标的实现有着重要意义。

医疗

石墨烯加热会石黑释放出一种与人体同频的远红外光，这种光波能够被人体有效的吸收，实现同频共振，快速活化细胞，加快新陈代谢，排出体内垃圾和毒素，起到理疗的效果。

石墨烯针对很多医学上束手无策的疾病有了良好的治疗策略，比如癌症、甲状腺结节、宫寒痛经、慢性腰腿痛、膝关节骨性关节炎、胃脘痛等取得了很好的临床效果验证，多篇医学论文先后发表在国内外著名医学杂志。

防腐材料

从国家近年发布的政策来看，石墨烯技术在防腐涂料层面的应用需求已经从普通工业应用上升到国家高端防腐涂料技术需求。

截止2022年，烯旺可以已开发出两大类型，六大系列改性防腐涂料产品。其中包含石墨烯粉末涂料和石墨烯改性防腐涂料，这其中包含五种石墨烯涂料产品及配套施工方案：分别为石墨烯复合陶瓷耐蚀树脂涂料、石墨烯改性防腐涂料、石墨烯功能涂料、工业防腐涂料、工业/商用地坪漆这五大系列产品。

这其中，石墨烯复合陶瓷耐蚀树脂及涂料更是受到业内广泛关注。它不仅代表着开发的石墨烯涂料正式进入化学品防腐领域，让我国传统防腐涂料带来强化升级，同时还以石墨烯新技术带动涂料产业进入未来化学品防腐的4.0时代！