石墨烯的这十年(2)
在能源存储方面，石墨烯的出现也为该领域注入了新的活力。石墨烯的高比表面积与高电子传输率使其成为一种非常理想的电极材料。科学家们已经研究了通过不同方法制备的石墨烯的电容性能，结果表明，采用化学氧化还原方法制得的石墨烯更加适合用作电容器材料。此外，科学家们还尝试了将石墨烯与金属氧化物(如二氧化锰等)或高分子(如聚苯胺等)材料相复合，复合后的电极拥有较之前更高的储能能力。在锂离子电池方面，无论是对于正极还是负极，石墨烯都得到了一定的研究。在正极方面，石墨烯主要被用于改善正极材料的导电性能，相比于传统的导电添加剂，石墨烯的使用量更少，且效果更佳。在负极方面，石墨烯及石墨复合材料得到了更多的研究，相较于传统的石墨电极，该复合材料电极拥有更高的比容量。
在石墨烯复合材料领域中，科学家们目前已经实现了将石墨烯与许多无机物颗粒或有机物的成功复合。石墨烯与无机物颗粒复合时主要将石墨烯作为基体，而将无机物颗粒作为添加剂对石墨烯进行填充或修饰，例如现有的石墨烯-金颗粒复合物，石墨烯-二氧化钛复合物等。上述两种复合材料的主要用途是作为催化剂，而其他复合物的用途还包括药物载体，储能元件等。对于石墨烯与有机物的复合物而言，石墨烯与有机物二者均可充当基体，而另一种则作为填充物。以石墨烯作为基体填入有机物时，一般是为了对石墨烯进行表面改性；而以有机物为基体填入石墨烯时，则往往是为了提升有机高分子的导电性、导热性或机械性能。
, 百拇医药
在传感器方面，得益于超众的比表面积值和电子传输率，石墨烯在生物传感器和化学传感器两个研究领域中都得到了很高的关注。具体而言，在生物传感器方面，石墨烯被用于制备各种各样生物分子的传感器，这些生物分子包括各种蛋白质分子、脱氧核苷酸分子、葡萄糖分子等；在化学传感器方面，石墨烯基的传感器被用于检测分子的种类(包括二氧化氮、二氧化硫等有害气体)，溶液的pH值，溶液中离子的浓度(如铅离子等重金属离子)，以及材料的孔结构等等。如在检测二氧化氮气体分子时，可以通过二氧化氮依附于石墨烯表面后对石墨烯电子传输率的改变来确定吸附气体的量，这种方式的检测精度非常高，可实现对十亿分之一浓度的检测。
在环境保护方面，有关石墨烯的研究突出表现在对有毒有害物质(包括液体中的重金属离子和大气中的有害气体分子)的吸附以及对海水或苦咸水的淡化处理。东南大学的科学家研发了一种石墨烯海绵体，这种材料可以吸附油脂、化学污染物以及一些气体，吸附量最高可以达到自重的上百倍，较传统材料高10倍之多。此外，该石墨烯海绵体在完成吸附之后可以通过简单的热处理方式实现循环使用，可循环次数至少可以超过10次。将石墨烯用于苦咸水淡化是近年来兴起的研究，目前科学家们利用一种特殊的“水热法”制得的具有宏观三维结构的石墨烯进行脱盐，这种石墨烯材料可以有效地实现对苦咸水盐分的脱除，并且该材料也可以循环使用。
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石墨烯的未来愿景
自从石墨烯被成功制备以来，科学家们就幻想着有一天可以让这种神奇的材料真正运用于人们的日常生活当中。目前，美国MWV印刷公司采用添入石墨烯的导电墨水，制成了一种用于商品防盗的包装，并已进入市场。该产品形状上和普通的夹子类似，但是拥有强大的内置集成电路。用于商品的包装时，消费者可以透过产品的外包装看到商品的相关信息，但是如果要将夹子取下或者破坏夹子时，产品就会发出警报声。在制备集成电路时，导电墨水发挥了重要的作用。
2013年，海德体育用品公司发布了一款添加了石墨烯的网球拍，该球拍拍身重量仅为300克左右，而且石墨烯的添入使得拍身的重量分布更为理想，球拍的可控性也得到了提高。海德公司还邀请网球名将德约科维奇为该球拍代言，体育爱好者也可买到这款球拍。
尽管已有上述植入石墨烯的产品出现，但对科学研究及社会需求而言，或许石墨烯在能源存储以及电子器件中的实际应用更能振奋人心。举例来说，现在生产液晶显示器时普遍使用的是氧化铟锡(ITO)，然而现今铟资源濒临短缺，致使ITO的价格不断上扬，在这种压力之下人们对于替代材料的迫切需求就不言而喻了。尽管在此之前科学家对有关碳纳米管替代ITO的研究已经取得了非常显著的成果，但是制备石墨烯的可控性以及石墨烯更为出色的性能让很多人开始转移重心。在能源存储方面，石墨烯有望在超级电容器领域率先实现产业化。据市场预测，在2018年的时候，全球石墨烯产品的销量将达到10亿美元，这些产品主要包括无线射频识别器(RFID)、智能防护、超级电容器、复合材料、传感器等。
关于石墨烯的未来愿景，在此以本文作者之一清华大学深圳研究生院深圳市石墨烯重点实验室及天津大学化工学院的杨全红教授的一段话作为总结，“关于石墨烯的制备，一方面是要获得无限趋近于零缺陷的用于发现奇特物理、化学性质的完美二维晶体，这是石墨烯研究的终极目标；另一方面是低成本宏量获得石墨烯材料，用于可以容忍少量缺陷甚至利用缺陷的某些应用领域(如储能和催化等)，这是石墨烯这种新材料得以快速发展的必由之路”。
【责任编辑】庞 云, http://www.100md.com(潘郑泽 杨全红)
在石墨烯复合材料领域中，科学家们目前已经实现了将石墨烯与许多无机物颗粒或有机物的成功复合。石墨烯与无机物颗粒复合时主要将石墨烯作为基体，而将无机物颗粒作为添加剂对石墨烯进行填充或修饰，例如现有的石墨烯-金颗粒复合物，石墨烯-二氧化钛复合物等。上述两种复合材料的主要用途是作为催化剂，而其他复合物的用途还包括药物载体，储能元件等。对于石墨烯与有机物的复合物而言，石墨烯与有机物二者均可充当基体，而另一种则作为填充物。以石墨烯作为基体填入有机物时，一般是为了对石墨烯进行表面改性；而以有机物为基体填入石墨烯时，则往往是为了提升有机高分子的导电性、导热性或机械性能。
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在传感器方面，得益于超众的比表面积值和电子传输率，石墨烯在生物传感器和化学传感器两个研究领域中都得到了很高的关注。具体而言，在生物传感器方面，石墨烯被用于制备各种各样生物分子的传感器，这些生物分子包括各种蛋白质分子、脱氧核苷酸分子、葡萄糖分子等；在化学传感器方面，石墨烯基的传感器被用于检测分子的种类(包括二氧化氮、二氧化硫等有害气体)，溶液的pH值，溶液中离子的浓度(如铅离子等重金属离子)，以及材料的孔结构等等。如在检测二氧化氮气体分子时，可以通过二氧化氮依附于石墨烯表面后对石墨烯电子传输率的改变来确定吸附气体的量，这种方式的检测精度非常高，可实现对十亿分之一浓度的检测。
在环境保护方面，有关石墨烯的研究突出表现在对有毒有害物质(包括液体中的重金属离子和大气中的有害气体分子)的吸附以及对海水或苦咸水的淡化处理。东南大学的科学家研发了一种石墨烯海绵体，这种材料可以吸附油脂、化学污染物以及一些气体，吸附量最高可以达到自重的上百倍，较传统材料高10倍之多。此外，该石墨烯海绵体在完成吸附之后可以通过简单的热处理方式实现循环使用，可循环次数至少可以超过10次。将石墨烯用于苦咸水淡化是近年来兴起的研究，目前科学家们利用一种特殊的“水热法”制得的具有宏观三维结构的石墨烯进行脱盐，这种石墨烯材料可以有效地实现对苦咸水盐分的脱除，并且该材料也可以循环使用。
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石墨烯的未来愿景
自从石墨烯被成功制备以来，科学家们就幻想着有一天可以让这种神奇的材料真正运用于人们的日常生活当中。目前，美国MWV印刷公司采用添入石墨烯的导电墨水，制成了一种用于商品防盗的包装，并已进入市场。该产品形状上和普通的夹子类似，但是拥有强大的内置集成电路。用于商品的包装时，消费者可以透过产品的外包装看到商品的相关信息，但是如果要将夹子取下或者破坏夹子时，产品就会发出警报声。在制备集成电路时，导电墨水发挥了重要的作用。
2013年，海德体育用品公司发布了一款添加了石墨烯的网球拍，该球拍拍身重量仅为300克左右，而且石墨烯的添入使得拍身的重量分布更为理想，球拍的可控性也得到了提高。海德公司还邀请网球名将德约科维奇为该球拍代言，体育爱好者也可买到这款球拍。
尽管已有上述植入石墨烯的产品出现，但对科学研究及社会需求而言，或许石墨烯在能源存储以及电子器件中的实际应用更能振奋人心。举例来说，现在生产液晶显示器时普遍使用的是氧化铟锡(ITO)，然而现今铟资源濒临短缺，致使ITO的价格不断上扬，在这种压力之下人们对于替代材料的迫切需求就不言而喻了。尽管在此之前科学家对有关碳纳米管替代ITO的研究已经取得了非常显著的成果，但是制备石墨烯的可控性以及石墨烯更为出色的性能让很多人开始转移重心。在能源存储方面，石墨烯有望在超级电容器领域率先实现产业化。据市场预测，在2018年的时候，全球石墨烯产品的销量将达到10亿美元，这些产品主要包括无线射频识别器(RFID)、智能防护、超级电容器、复合材料、传感器等。
关于石墨烯的未来愿景，在此以本文作者之一清华大学深圳研究生院深圳市石墨烯重点实验室及天津大学化工学院的杨全红教授的一段话作为总结，“关于石墨烯的制备，一方面是要获得无限趋近于零缺陷的用于发现奇特物理、化学性质的完美二维晶体，这是石墨烯研究的终极目标；另一方面是低成本宏量获得石墨烯材料，用于可以容忍少量缺陷甚至利用缺陷的某些应用领域(如储能和催化等)，这是石墨烯这种新材料得以快速发展的必由之路”。
【责任编辑】庞 云, http://www.100md.com(潘郑泽 杨全红)