導讀:石墨烯是地球上最薄、最堅固的材料。自2004年以來，當研究人員首次從普通石墨中分離出單層石墨烯，技術界就給予這種“神奇的材料”很高的期望。

    由于石墨烯的發現，研究人員在2010年獲得諾貝爾物理學獎。我們何時能看到世界上最新穎的材料所生產的產品呢？這篇文章或許能給大家撥開迷霧。

    1、利用石墨烯膜可以將鹽從海水中分離

    地球表面大部分被水所覆蓋，但是由于大量的鹽的存在，使得我們很難將它當做飲用水的來源。為了解決這個問題，曼徹斯特大學的研究人員已經開發出一種可擴展的、孔徑大小均勻的氧化石墨烯薄膜，它可以過濾掉極其微小的鹽顆粒，而不過多影響水的流動。

    由于石墨烯膜被淹沒在水中時會變得膨脹起來，它不能過濾掉那些極其微小的普通鹽離子。為此，他們找到一個通過物理方式來控制薄膜在水中膨脹程度的方法。該方法使它們比普通鹽離子的孔徑更小，從而過濾掉不想要的鹽、顆粒和分子。與此同時，這種薄膜仍然允許水流十分順利地通過。

    從長遠來看，有研究小組指出，調整孔徑大小以過濾特定離子的基本思想可以應用于不同的薄膜，也有著不同的用途。

    2、變形或破裂時可變色的石墨烯涂層可檢測裂紋

    德國萊布尼茲聚合物研究所研究團隊開發了一種石墨烯涂層，它在變形或破裂時可改變顏色。例如，機翼和其他飛機部件可以產生微小的裂紋，當受到突然的壓力時，可能會導致故障。在這項新的努力中，研究人員已經開發了一種這種材料的涂層，這將使檢查員更容易發現可能導致故障的微小裂紋。

    通過使用特殊的沉積方法重疊具有有序和無序特征的石墨烯納米片（GNP），實現了獨特的“魚鱗”結構。通過精細平行多層膜的機械調諧觀察到可變結構著色。 此外，結合可變結構著色和電氣感測功能的方法，使用幾種顏色來解決“交通燈”中的危險報警和安全性系統，他們為材料故障前的危險等級和微裂紋的早期警告帶來了第一個有價值的步驟。

    3、石墨烯光電晶體管有望用于光學技術

    石墨烯是一種薄碳層，可應用于光電方面，研究人員正在努力研發石墨烯光電探測器，這些器件對許多技術都至關重要。然而，由石墨烯制成的典型光電探測器僅僅能小面積感應光，因而也限制了其性能。

    目前，研究人員通過將石墨烯與相對質量較大的碳化硅材料相結合，研制出了可被光激活的石墨烯場效應晶體管，因而解決了這個問題。“高性能光電探測器可應用于諸多方面，包括天體物理學高速通信、超靈敏攝像機、感測應用、可穿戴電子設備等。另外石墨烯晶體管陣列會帶來高分辨率成像和顯示。未來研究方向主要包括探索諸如閃爍體、天體物理學成像技術和高能輻射傳感器等。

    4、石墨烯有望促進神經細胞再生

    一種非常規的工程技術也許能夠克服神經再生的障礙。來自愛荷華州立大學的科學家們已經開發出了一種利用噴墨打印機的納米技術，這種技術可以生成多層石墨烯電路。這種技術的最終結果有望將間質干細胞（形成骨、軟骨和脂肪細胞）轉化為施旺細胞，這種細胞在促進神經細胞的康復中起著多種作用。

    在一份聲明中，共同第一作者、愛荷華州的生物化學工程博士后研究員Metin Uz說，”這項技術可能會獲得一個更好的方法來分化干細胞。“ 然而，改進這種方法可能會影響體內受損神經的修復方式。

    根據該團隊的研究結果，可以得出結論：”靈活的石墨烯電極可以適應損傷部位，并為神經細胞再生提供了直接的電刺激，這些結果為體內神經再生鋪平了道路。“

    5、用石墨烯和金去做優良腦探測器

    來自韓國的一支研究團隊研發出了更高效的神經電極，可以最大限度地減少組織損傷，還能傳輸清晰的腦信號。通常，電極越小，檢測信號越困難。然而，韓國大邱慶北科技研究院的一個團隊開發出了一種小型，靈活和清晰的腦信號檢測器。

    檢測器由記錄大腦信號的電極組成。信號沿著互聯線傳到連接器，將信號傳輸到測量和分析信號的機器上。這些組合的材料增加了探針（探測器）的有效表面積，導電性能和電極強度，同時仍保持柔軟性和與軟組織的相容性。

    這意味著電極可以收縮，但不會減少信號檢測。互聯線由石墨烯和金的混合物制成。石墨烯是柔軟的，金是優良導體。研究人員測試了探針，發現它能清晰讀取大鼠腦信號，比標準的平面金電極好得多。 該探針需要在廣泛商業化之前進行進一步的臨床測試。

    6、石墨烯中的可控制電子為開發潛在電子設備提供新契機

    科學家第一次在石墨烯中創造出了可調諧的人造原子。研究結果表明，限制用于控制石墨烯電子的技術是可行、可控、可逆的。電子的能量狀態是”可調節的“。這種可調性為研究石墨烯中獨特的物理電子行為開辟了新途徑。此外，它還提供了一種通過使用以石墨烯為主要設備的方法，促進了未來的電子技術，通信和傳感器。

    羅格斯大學研究人員領導的團隊開發出了一種技術，可以穩定地保持和控制修改石墨烯中局部的電荷狀態。該小組進一步證明，在外部電場作用下，空位處的準邊界狀態是可調的。捕獲機制可以打開和關閉，從而提供了一種新的范例來控制和引導石墨烯中的電子。

    7、石墨烯納米帶可實現超敏感質量檢測

    中國科學技術大學的研究團隊利用懸浮在溝槽上的石墨烯納米棒，通過單電子晶體管（SET）發現了納米機械運動與電導之間的聯系。

    郭國平和他的團隊通過絲帶測量電流時，有了一些非常顯著的發現。當調節施加到色帶端部的交流柵極電壓的頻率時，它他們發現機械運動與單個電子進出帶的流動耦合；通過在較高功率下驅動色帶，系統進入非線性狀態。從這個角度看，血紅蛋白和其他典型的蛋白質在這個規模上有質量。

    它們還提供了探索超過現有技術解決方案的納米級現象的途徑，可以揭示一系列領域的問題。

    8、石墨烯海綿添加劑可用于增強鋰電池性能

    來自日本NEC公司的研究員錢成開發了一種多孔石墨烯海綿添加劑，也稱為Magic G，可用于鋰離子電池的陽極和陰極，以提高其速率和功率性能。盡管經過多年的研究和開發，鋰離子電池顯示出一些很好的性能，但由于充放電能力差和高倍率性能，它們仍然受到低功耗的影響。

    錢成開發了一種蜂窩狀多孔石墨烯海綿，也被稱為”魔術G“（MG），具有高導電性，高比表面積和高電解質吸收能力。海綿已經作為添加劑摻入鋰離子電池的陽極和陰極，以提高速率能力和高速率循環性。

    由于添加劑引入后而產生的電極特性，對于用于電動車輛的鋰離子電池是必不可少的。錢成還期待進一步優化未來的結構，以獲得更高的性能。

    9、無水環境下，石墨烯氫燃料電池膜可提升電池效率

    匹茲堡大學斯旺森工程學院的研究人員發現，石墨烯（二氧化碳和氫氣的二維聚合物）具有一種不尋常的特性，它可以形成一種無水的”管道“，也就是說不需要水就可運輸質子。無形之中引領了開發氫燃料電池的潮流，這種燃料可用于車輛和其他能源系統。

    質子傳導膜（PEM）是質子交換膜燃料電池的核心所在，在燃料電池內部，質子交換膜為質子的遷移和輸送提供通道。此膜對溫度和含水量要求高，當溫度過高或濕度下降，這會消耗水膜并阻止質子遷移穿過膜。

    約翰遜博士說：”我們的計算機模型表明，由于石墨烯獨特的結構，使得它非常適合在無水條件下，通過電路快速地實現質子跨膜和電子傳遞。這表明將氫燃料電池車做為未來最佳的替代車輛，已指日可待。

    10、石墨烯膜可使核去污能量減少100倍

    根據曼徹斯特大學的研究，與現有技術相比，石墨烯可有助于核電廠生產重水和去污能耗成本減少超過100倍。Marcelo Lozada-Hidalgo博士領導的團隊展示了一種可完全擴展的石墨烯膜原型，這種石墨烯膜能夠更有效地生產重水，從而產生更環保并且更便宜的核電。

    現在，曼徹斯特集團開發了可完全擴展的原型膜，并展示了中試規模研究中的同位素分離。他們發現高效率的分離將顯著降低需要處理的原始同位素混合物的投入量，這降低了資本成本和能源需求。

    研究人員認為，超重氫凈化的能源效益在未來將會更大，這是全球主要關注的問題。

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責任編輯：王元

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