可穿戴設備的未來救星：石墨烯材料

可穿戴設備的未來救星：石墨烯材料

石墨烯是新材料領域一顆耀眼的新星，由于其優異的力學、光學、電學和微量子性能，有望在電子、新能源、高端制造、醫療等領域得到廣泛應用，未來下游應用市場有望達到萬億元水平。l.預計它將首先應用于太陽能透明電極、散熱材料和觸摸屏領域。

石墨烯目前正處于工業化的關鍵階段，在技術、工藝和產業鏈對接方面需要大量的資源，工業化的關鍵和難點是相關材料的準備、轉移技術和上下游產業鏈的整合，工業化的發展需要美國、英國、中國、日本和韓國的T處于前列。

石墨烯業務涉及的上市公司很多，但目前正處于研發試驗階段或新的參與階段，尚未對業績產生實質性影響。

石墨烯是由單層碳原子組成的六角形蜂窩點陣二維平面材料。石墨烯的發現推翻了先前的概念，即在凝聚態物理中，二維材料不能在有限的溫度下存在。

石墨烯具有許多優良的機械、光學、電學和微觀量子性質。它是目前最薄、最硬的納米材料。同時，它具有普通材料所不具備的許多特性，如良好的透射率、高導熱性、高電子遷移率、低電阻率和高機械強度。預計今后石墨烯將用于電極、電池、晶體管、觸摸屏、太陽能、傳感器和超材料等領域，輕材料、醫療、海水淡化等應用是最有前景的先進材料之一。

石墨烯材料可分為兩類：一類是由單層或多層石墨烯組成的薄膜，另一類是由多層石墨烯組成的微芯片。石墨烯薄膜可分為單晶薄膜和多晶薄膜。其中，單晶薄膜可用于集成電路和其他電子器件。電子學領域，但工業化還需要時間，多晶薄膜有望在5-10年內實現工業化，取代ITO玻璃用于觸摸屏（特別是柔性制造屏幕）等需要透明電極的領域，除純石墨烯外，還有許多石墨烯衍生物，將得到廣泛應用。未來。

一般來說，石墨烯的應用將主要集中在電子、新能源、生物醫學、高精度制造、水處理等高科技領域。

在傳感器方面，納米傳感器具有體積小、精度高的特點，與普通傳感器相比，原子級傳感器具有許多獨特的微特性，大大拓寬了傳感器的應用領域，納米傳感器可廣泛應用于生物、化學、機械、航空、軍事等領域。無磁傳感器、納米生物傳感器和納米光纖傳感器。納米傳感器的尺寸主要取決于探針的尺寸。隨著工業生產和環境監測的需要，納米氣體傳感器的研究和開發取得了很大的進展，有望在商業上處于領先地位。未來的所有應用。

目前，利用分散催化劑在SiO 2／Si基體上進行化學氣相沉積，制備了單壁碳納米管（SWCNT），使傳感器在復雜的氣體環境中具有選擇性，與傳統的傳感器相比，其分辨力和靈敏度有了明顯的提高。

單壁碳納米管（swcnts）具有優異的電子、機械等性能，但其制備一直是一個難題，具有可控結構和性能的單壁碳納米管（swcnts）的制備是其應用的基礎和關鍵，也是制約其應用的瓶頸。SWCNT的研究與應用。

石墨烯具有良好的導電性和透光性，在透明導電電極中有很好的應用前景，結果表明，石墨烯的比表面積高達2600平方米/克，導電性很高，儲能效率幾乎是現有材料的兩倍因此石墨烯是一種理想的電極材料，在替代其它電極材料方面具有廣闊的應用前景。甚至商業超級電容器中使用的活性炭和其他材料的比表面積也小于1000-1800平方米/克。石墨烯的綜合電性能優于現有材料。

ITO（銦錫氧化物）廣泛應用于傳統電極材料中，銦價格昂貴且稀有，業界正在尋找比ITO更便宜的替代品。石墨烯因其獨特的導電性和透明性而成為替代材料。石墨烯制成的透明電極不僅具有傳統電極的導電性。也可以彎曲和折疊。在施工過程中可與建筑物結合，經濟實用，透明導電電極不僅可用于太陽能領域，還可用于觸摸屏、液晶屏、發光LED和超級電容器等領域，石墨烯電極目前正被全球LA使用。包括觸摸屏和超級電容器在內的各種產品的實驗室，如果能夠成功地商業化，預計未來將改變電子行業的制造模式。

石墨烯是目前已知的最薄、最強、導電性最好的材料，發現具有三維疊層多層異質結構的石墨烯可用于制備高靈敏度、高效率的光伏器件，利用太陽能發電，有望成為新一代的石墨烯。n太陽能電池，未來轉換效率更高。

從目前的研究進展來看，石墨烯不僅可以用作太陽能電池的透明電極，還可以用作半導體層之間的中間電極。石墨烯最強大的領域是有機薄膜太陽能電池。在太陽能電池中使用石墨烯作為中間電極的優勢在于，石墨烯是透明的，并且在太陽能電池中具有良好的應用前景。d與半導體層兼容。

化學摻雜可以大大降低石墨烯的表面電阻，調節石墨烯的工作性能，使其具有更高的柔性透明導電膜，由石墨烯制成的透明導電膜不僅具有導電透明太陽能轉換器所必需的性能，而且具有金屬材料不具備，同時這種薄膜具有中遠紅外和高透射率的特性，能顯著提高太陽能的轉換效率。是新一代太陽能電池的理想材料，目前多晶硅太陽能電池的轉化效率為30%。理論上，石墨烯太陽能電池有望將轉換效率提高到60%。未來，太陽能電池有望實現小型化，石墨烯可以彎曲透明。預計未來將在建筑外墻上安裝石墨烯太陽能電池，使太陽能可用于日常照明和供暖。

目前，富士電機是石墨烯光伏材料領域的領先制造商之一，公司正在積極開發石墨烯太陽能電池透明導電薄膜。

超級電容器是以高比表面積碳電極/電解質界面上產生的電容或過渡金屬氧化物/導電聚合物的表面和體相的氧化還原反應為基礎來存儲和轉換能量的電子裝置，其結構類似于電池，包括正極和負極。負電極、電解質、隔膜和收集器。

超級電容器作為一種新型的儲能裝置，具有體積小、輸出功率大、充電時間短、使用壽命長、工作溫度范圍寬、安全無污染等優點。為生產高性能超級電容器，電極材料是超級電容器的關鍵，決定了電容器的能量密度、功率密度和循環穩定性等主要性能指標，目前，納米結構活性炭、卡賓槍等將成為一種新型的電源裝置。微超級電容器的電極材料主要有去轉換碳、碳納米管、氧化釕、聚苯胺和聚吡咯，但這些材料的綜合性能不能滿足微能量系統的要求，同時微超級電容器的光刻工藝也比較復雜。生產周期長，成本高，在一定程度上制約了超級電容器的商業化。

實驗表明，石墨烯有望成為一種新型高效的超級電容器電極材料，目前已開發出一種基于石墨烯的新型微型超級電容器，它具有結構緊湊、充放電率高、機械柔性好等特點，與傳統的固態電解質相比，石墨烯介電體具有更好的性能。集成電路能顯著提高電容器容量和耐久性，可與薄膜鋰離子電池媲美，這種新型石墨烯微電容器有望應用于微電子系統、便攜式電子設備、無線傳感器網絡、柔性顯示器和各種電子設備的儲能裝置。N生物體。

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