石墨烯是地球上最薄、最坚固的材料。自2004年以来，当研究人员首次从普通石墨中分离出单层石墨烯，技术界就给予这种“神奇的材料”很高的期望。由于石墨烯的发现，研究人员在2010年获得诺贝尔物理学奖。我们何时能看到世界上最新颖的材料所生产的产品呢？这篇文章或许能给大家拨开迷雾。 1、利用石墨烯膜可以将盐从海水中分离 地球表面大部分被水所覆盖，但是由于大量的盐的存在，使得我们很难将它当做饮用水的来源。为了解决这个问题，曼彻斯特大学的研究人员已经开发出一种可扩展的、孔径大小均匀的氧化石墨烯薄膜，它可以过滤掉极其微小的盐颗粒，而不过多影响水的流动。 由于石墨烯膜被淹没在水中时会变得膨胀起来，它不能过滤掉那些极其微小的普通盐离子。为此，他们找到一个通过物理方式来控制薄膜在水中膨胀程度的方法。该方法使它们比普通盐离子的孔径更小，从而过滤掉不想要的盐、颗粒和分子。与此同时，这种薄膜仍然允许水流十分顺利地通过。 从长远来看，有研究小组指出，调整孔径大小以过滤特定离子的基本思想可以应用于不同的薄膜，也有着不同的用途。 2、变形或破裂时可变色的石墨烯涂层可检测裂纹 德国莱布尼兹聚合物研究所研究团队开发了一种石墨烯涂层，它在变形或破裂时可改变颜色。例如，机翼和其他飞机部件可以产生微小的裂纹，当受到突然的压力时，可能会导致故障。在这项新的努力中，研究人员已经开发了一种这种材料的涂层，这将使检查员更容易发现可能导致故障的微小裂纹。 通过使用特殊的沉积方法重叠具有有序和无序特征的石墨烯纳米片（GNP），实现了独特的“鱼鳞”结构。通过精细平行多层膜的机械调谐观察到可变结构着色。 此外，结合可变结构着色和电气感测功能的方法，使用几种颜色来解决“交通灯”中的危险报警和安全性系统，他们为材料故障前的危险等级和微裂纹的早期警告带来了第一个有价值的步骤。 3、石墨烯光电晶体管有望用于光学技术 石墨烯是一种薄碳层，可应用于光电方面，研究人员正在努力研发石墨烯光电探测器，这些器件对许多技术都至关重要。然而，由石墨烯制成的典型光电探测器仅仅能小面积感应光，因而也限制了其性能。 目前，研究人员通过将石墨烯与相对质量较大的碳化硅材料相结合，研制出了可被光激活的石墨烯场效应晶体管，因而解决了这个问题。”高性能光电探测器可应用于诸多方面，包括天体物理学高速通信、超灵敏摄像机、感测应用、可穿戴电子设备等。另外石墨烯晶体管阵列会带来高分辨率成像和显示。未来研究方向主要包括探索诸如闪烁体、天体物理学成像技术和高能辐射传感器等。 4、石墨烯有望促进神经细胞再生 一种非常规的工程技术也许能够克服神经再生的障碍。来自爱荷华州立大学的科学家们已经开发出了一种利用喷墨打印机的纳米技术，这种技术可以生成多层石墨烯电路。这种技术的最终结果有望将间质干细胞（形成骨、软骨和脂肪细胞）转化为施旺细胞，这种细胞在促进神经细胞的康复中起着多种作用。 在一份声明中，共同第一作者、爱荷华州的生物化学工程博士后研究员Metin Uz说，“这项技术可能会获得一个更好的方法来分化干细胞。” 然而，改进这种方法可能会影响体内受损神经的修复方式。 根据该团队的研究结果，可以得出结论：“灵活的石墨烯电极可以适应损伤部位，并为神经细胞再生提供了直接的电刺激，这些结果为体内神经再生铺平了道路。” 5、用石墨烯和金去做优良脑探测器 来自韩国的一支研究团队研发出了更高效的神经电极，可以最大限度地减少组织损伤，还能传输清晰的脑信号。通常，电极越小，检测信号越困难。然而，韩国大邱庆北科技研究院的一个团队开发出了一种小型，灵活和清晰的脑信号检测器。 检测器由记录大脑信号的电极组成。信号沿着互联线传到连接器，将信号传输到测量和分析信号的机器上。这些组合的材料增加了探针（探测器）的有效表面积，导电性能和电极强度，同时仍保持柔软性和与软组织的相容性。 这意味着电极可以收缩，但不会减少信号检测。互联线由石墨烯和金的混合物制成。石墨烯是柔软的，金是优良导体。研究人员测试了探针，发现它能清晰读取大鼠脑信号，比标准的平面金电极好得多。 该探针需要在广泛商业化之前进行进一步的临床测试。 6、石墨烯中的可控制电子为开发潜在电子设备提供新契机 科学家第一次在石墨烯中创造出了可调谐的人造原子。研究结果表明，限制用于控制石墨烯电子的技术是可行、可控、可逆的。电子的能量状态是“可调节的”。这种可调性为研究石墨烯中独特的物理电子行为开辟了新途径。此外，它还提供了一种通过使用以石墨烯为主要设备的方法，促进了未来的电子技术，通信和传感器。 罗格斯大学研究人员领导的团队开发出了一种技术，可以稳定地保持和控制修改石墨烯中局部的电荷状态。该小组进一步证明，在外部电场作用下，空位处的准边界状态是可调的。捕获机制可以打开和关闭，从而提供了一种新的范例来控制和引导石墨烯中的电子。 7、石墨烯纳米带可实现超敏感质量检测 中国科学技术大学的研究团队利用悬浮在沟槽上的石墨烯纳米棒，通过单电子晶体管（SET）发现了纳米机械运动与电导之间的联系。 郭国平和他的团队通过丝带测量电流时，有了一些非常显著的发现。当调节施加到色带端部的交流栅极电压的频率时，它他们发现机械运动与单个电子进出带的流动耦合；通过在较高功率下驱动色带，系统进入非线性状态。从这个角度看，血红蛋白和其他典型的蛋白质在这个规模上有质量。 它们还提供了探索超过现有技术解决方案的纳米级现象的途径，可以揭示一系列领域的问题。 8、石墨烯海绵添加剂可用于增强锂电池性能 来自日本NEC公司的研究员钱成开发了一种多孔石墨烯海绵添加剂，也称为Magic G，可用于锂离子电池的阳极和阴极，以提高其速率和功率性能。尽管经过多年的研究和开发，锂离子电池显示出一些很好的性能，但由于充放电能力差和高倍率性能，它们仍然受到低功耗的影响。 钱成开发了一种蜂窝状多孔石墨烯海绵，也被称为“魔术G”（MG），具有高导电性，高比表面积和高电解质吸收能力。海绵已经作为添加剂掺入锂离子电池的阳极和阴极，以提高速率能力和高速率循环性。 由于添加剂引入后而产生的电极特性，对于用于电动车辆的锂离子电池是必不可少的。钱成还期待进一步优化未来的结构，以获得更高的性能。 9、无水环境下，石墨烯氢燃料电池膜可提升电池效率 匹兹堡大学斯旺森工程学院的研究人员发现，石墨烯（二氧化碳和氢气的二维聚合物）具有一种不寻常的特性，它可以形成一种无水的“管道”，也就是说不需要水就可运输质子。无形之中引领了开发氢燃料电池的潮流，这种燃料可用于车辆和其他能源系统。 质子传导膜（PEM）是质子交换膜燃料电池的核心所在，在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道。此膜对温度和含水量要求高，当温度过高或湿度下降，这会消耗水膜并阻止质子迁移穿过膜。 约翰逊博士说：“我们的计算机模型表明，由于石墨烯独特的结构，使得它非常适合在无水条件下，通过电路快速地实现质子跨膜和电子传递。这表明将氢燃料电池车做为未来最佳的替代车辆，已指日可待。 10、石墨烯膜可使核去污能量减少100倍 根据曼彻斯特大学的研究，与现有技术相比，石墨烯可有助于核电厂生产重水和去污能耗成本减少超过100倍。Marcelo Lozada-Hidalgo博士领导的团队展示了一种可完全扩展的石墨烯膜原型，这种石墨烯膜能够更有效地生产重水，从而产生更环保并且更便宜的核电。 现在，曼彻斯特集团开发了可完全扩展的原型膜，并展示了中试规模研究中的同位素分离。他们发现高效率的分离将显著降低需要处理的原始同位素混合物的投入量，这降低了资本成本和能源需求。 研究人员认为，超重氢净化的能源效益在未来将会更大，这是全球主要关注的问题。 END |
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