石墨烯是一種二維晶體，石墨烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使它具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)等特性，例如石墨烯具有100倍于硅的超高載流子遷移率、高達(dá)130GPa的強(qiáng)度、很好的柔韌性和近20%的伸展率、超高熱導(dǎo)率、高達(dá)2600m2/g的比表面積，并且?guī)捉该?，在很寬的波段?nèi)光吸收只有2.3%。這些優(yōu)異的物理性質(zhì)使石墨烯在射頻晶體管、超靈敏傳感器、柔性透明導(dǎo)電薄膜、超強(qiáng)和高導(dǎo)復(fù)合材料、高性能鋰離子電池和超級(jí)電容器等方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

盡管石墨烯還沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化，但是，市場(chǎng)對(duì)于石墨烯的應(yīng)用十分看好，就目前的研發(fā)成果顯示，未來石墨烯將廣泛應(yīng)用于以下四大領(lǐng)域。

1.電子材料領(lǐng)域

作為電極材料，石墨烯是絕佳的負(fù)極材料，被認(rèn)為是可以替代硅的芯片材料。另外，石墨烯在柔性屏幕、可穿戴設(shè)備、太陽能充電等領(lǐng)域的應(yīng)用還有待挖掘。

據(jù)悉，英國曼徹斯特大型已經(jīng)開發(fā)出僅有10至40個(gè)原子厚度的石墨烯LED屏幕，擁有超薄、可彎曲的特性。這意味著未來，電子設(shè)備的屏幕可以進(jìn)一步降低厚度、更為靈活，甚至實(shí)現(xiàn)整體柔性化。

石墨烯在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域也具有一定應(yīng)用空間。例如，愛爾蘭科學(xué)家正在開發(fā)基于石墨烯的靈活可穿戴傳感器，并發(fā)現(xiàn)該傳感器能夠檢測(cè)到用戶最細(xì)微的動(dòng)作，包括跟蹤呼吸和脈搏。另外，該傳感器還能實(shí)現(xiàn)自供電，也許未來能夠應(yīng)用在智能服裝中。

2.散熱材料領(lǐng)域

金屬材料在散熱應(yīng)用方面存在難于加工、耗費(fèi)能源、密度過大、導(dǎo)電、易變形以及廢料難回收等諸多問題，幾乎沒有太大的降價(jià)空間。而納米石墨烯導(dǎo)熱塑料如應(yīng)用在LED燈具等產(chǎn)品的散熱上，其系統(tǒng)成本至少可以降低30%。石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的納米新材料，是目前人類所發(fā)現(xiàn)的幾乎完美的平面原子結(jié)構(gòu)，其出色的導(dǎo)電、導(dǎo)熱以及散熱性能讓各行各業(yè)均對(duì)其寄予厚望。

石墨烯是二維的單層碳原子晶體，與三維材料相比，其低維結(jié)構(gòu)可顯著削減晶界處聲子的邊界散射，并賦予其特殊的聲子擴(kuò)散模式。石墨烯所具有的快速導(dǎo)熱與散熱特性使得石墨烯成為極佳的散熱材料，可用于智能手機(jī)、平板電腦、大功率節(jié)能led照明、衛(wèi)星電路、激光武器等的散熱。

3.生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

石墨烯具有突出的力學(xué)性能和生物相容性，將其作為增強(qiáng)填料可顯著提高生物材料的力學(xué)性能。

生物傳感器是生命分析化學(xué)及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的重要研究方向，已廣泛應(yīng)用于臨床疾病診斷和治療研究。石墨烯制成的生物傳感器對(duì)生命分析領(lǐng)域的快速發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。在基因組測(cè)序技術(shù)領(lǐng)域，最近成功開發(fā)出來的DNA感測(cè)器，是一種以石墨烯為基礎(chǔ)的場(chǎng)效應(yīng)類晶體管設(shè)備，能探測(cè)DNA鏈的旋轉(zhuǎn)和位置結(jié)構(gòu)。該感測(cè)器利用石墨烯的電學(xué)性質(zhì)，成功實(shí)現(xiàn)檢測(cè)DNA序列的微觀功能。

4.特種領(lǐng)域

從中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟(簡(jiǎn)稱聯(lián)盟)獲悉，為促進(jìn)石墨烯在特種領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，2015年1月16日，聯(lián)盟將舉行特種應(yīng)用委員會(huì)成立授牌儀式。

我國政府和特種特種方面的領(lǐng)導(dǎo)和專家對(duì)石墨烯在特種領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分關(guān)注。據(jù)悉，今年年初，在哈爾濱召開的“石墨烯特種應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)”上，總裝備部、特種科工局、各特種集團(tuán)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、專家，以及石墨烯產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)＜遗c企業(yè)家、特種及民口配套單位代表共同研討石墨烯在特種方面的應(yīng)用前景。

由于石墨烯具有高導(dǎo)電性、高韌度、高強(qiáng)度、超大比表面積等特點(diǎn)，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，石墨烯在航天特種等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。據(jù)悉，我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)石墨烯可做太空動(dòng)力源。通過對(duì)石墨烯在光作用下的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的研究表明，石墨烯材料可將光能直接轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，這標(biāo)志著石墨烯材料將成為一種新的動(dòng)力來源，這種動(dòng)力源將遠(yuǎn)高于光壓現(xiàn)象所產(chǎn)生的動(dòng)力源。未來，石墨烯可能為星際探索、衛(wèi)星變軌等提供無盡的動(dòng)力。

結(jié)語

石墨烯由于優(yōu)越的特性，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)未來5至10年，全球石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模會(huì)超過1000億美元。更有樂觀者認(rèn)為，石墨烯的市場(chǎng)潛在規(guī)模至少在萬億元以上。就目前情況來講，石墨烯市場(chǎng)化的最大阻礙是市場(chǎng)需求和價(jià)格，石墨烯未來產(chǎn)業(yè)化之路遙遙，需要政府的支持，和研發(fā)人員的開拓創(chuàng)新，相信通過共同努力，石墨烯將在更多的領(lǐng)域大放異彩。