锂电池添加了石墨烯将会有什么变化？

因为石墨烯的发现，研讨人员在2010年获得诺贝尔物理学奖。咱们何时能看到世界上最新颖的资料所出产的产品呢？这篇文章或许能给大家拨开迷雾。

1、运用石墨烯膜可以将盐从海水中别离

地球表面大部分被水所掩盖，可是因为大量的盐的存在，使得咱们很难将它当做饮用水的来源。为了处理这个问题，曼彻斯特大学的研讨人员现已开宣布一种可扩展的、孔径巨细均匀的氧化石墨烯薄膜，它可以过滤掉极端细小的盐颗粒，而不过多影响水的活动。

因为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端细小的一般盐离子。为此，他们找到一个经过物理办法来操控薄膜在水中膨胀程度的办法。该办法使它们比一般盐离子的孔径更小，然后过滤掉不想要的盐、颗粒和分子。与此一起，这种薄膜依然答应水流十分顺利地经过。

从长远来看，有研讨小组指出，调整孔径巨细以过滤特定离子的基本思想可以运用于不同的薄膜，也有着不同的用处。

2、变形或决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讨所研讨团队开发了一种石墨烯涂层，它在变形或决裂时可改变色彩。例如，机翼和其他飞机部件可以发生细小的裂纹，当受到忽然的压力时，或许会导致毛病。在这项新的努力中，研讨人员现已开发了一种这种资料的涂层，这将使检查员更容易发现或许导致毛病的细小裂纹。

经过运用特别的堆积办法堆叠具有有序和无序特征的石墨烯纳米片（GNP），完成了共同的“鱼鳞”结构。经过精细平行多层膜的机械调谐观察到可变结构上色。此外，结合可变结构上色和电气感测功用的办法，运用几种色彩来处理“交通灯”中的危险报警和安全性体系，他们为资料毛病前的危险等级和微裂纹的早期正告带来了榜首个有价值的进程。

3、石墨烯光电晶体管有望用于光学技能

石墨烯是一种薄碳层，可运用于光电方面，研讨人员正在努力研制石墨烯光电探测器，这些器件对许多技能都至关重要。可是，由石墨烯制成的典型光电探测器仅仅能小面积感应光，因而也限制了其功用。

现在，研讨人员经过将石墨烯与相对质量较大的碳化硅资料相结合，研制出了可被光激活的石墨烯场效应晶体管，因而处理了这个问题。”高功用光电探测器可运用于诸多方面，包含天体物理学高速通讯、超活络摄像机、感测运用、可穿戴电子设备等。别的石墨烯晶体管阵列会带来高分辨率成像和显示。未来研讨方向主要包含探究诸如闪耀体、天体物理学成像技能和高能辐射传感器等。

4、石墨烯有望促进神经细胞再生

一种十分规的工程技能也许可以战胜神经再生的妨碍。来自爱荷华州立大学的科学家们现已开宣布了一种运用喷墨打印机的纳米技能，这种技能可以生成多层石墨烯电路。这种技能的最终成果有望将间质干细胞（构成骨、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恢复中起着多种效果。

在一份声明中，一起榜首作者、爱荷华州的生物化学工程博士后研讨员MetinUz说，“这项技能或许会获得一个更好的办法来分化干细胞。”可是，改善这种办法或许会影响体内受损神经的修复办法。

依据该团队的研讨成果，可以得出结论：“活络的石墨烯电极可以习惯损害部位，并为神经细胞再生供给了直接的电影响，这些成果为体内神经再生铺平了道路。”

5、用石墨烯和金去做优秀脑探测器

来自韩国的一支研讨团队研制出了更高效的神经电极，可以最大极限地削减组织损害，还能传输明晰的脑信号。一般，电极越小，检测信号越困难。可是，韩国大邱庆北科技研讨院的一个团队开宣布了一种小型，活络和明晰的脑信号检测器。

检测器由记载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剖析信号的机器上。这些组合的资料增加了探针（探测器）的有用表面积，导电功用和电极强度，一起仍坚持柔软性和与软组织的相容性。

这意味着电极可以收缩，但不会削减信号检测。互联线由石墨烯和金的混合物制成。石墨烯是柔软的，金是优秀导体。研讨人员测验了探针，发现它能明晰读取大鼠脑信号，比规范的平面金电极好得多。该探针需求在广泛商业化之前进行进一步的临床测验。

6、石墨烯中的可操控电子为开发潜在电子设备供给新契机

科学家榜初次在石墨烯中发明出了可调谐的人工原子。研讨成果标明，限制用于操控石墨烯电子的技能是可行、可控、可逆的。电子的能量状况是“可调理的”。这种可调性为研讨石墨烯中共同的物理电子行为拓荒了新途径。此外，它还供给了一种经过运用以石墨烯为主要设备的办法，促进了未来的电子技能，通讯和传感器。

罗格斯大学研讨人员领导的团队开宣布了一种技能，可以稳定地坚持和操控修改石墨烯中部分的电荷状况。该小组进一步证明，在外部电场效果下，空位处的准鸿沟状况是可调的。捕获机制可以翻开和关闭，然后供给了一种新的典范来操控和引导石墨烯中的电子。

7、石墨烯纳米带可完成超活络质量检测

我国科学技能大学的研讨团队运用悬浮在沟槽上的石墨烯纳米棒，经过单电子晶体管（SET）发现了纳米机械运动与电导之间的联络。

郭国平和他的团队经过丝带测量电流时，有了一些十分显著的发现。当调理施加到色带端部的沟通栅极电压的频率时，它他们发现机械运动与单个电子进出带的活动耦合；经过在较高功率下驱动色带，体系进入非线性状况。从这个角度看，血红蛋白和其他典型的蛋白质在这个规划上有质量。

它们还供给了探究超越现有技能处理方案的纳米级现象的途径，可以揭示一系列范畴的问题。

8、石墨烯海绵增加剂可用于增强锂电池功用

来自日本NEC公司的研讨员钱成开发了一种多孔石墨烯海绵增加剂，也称为MagicG，可用于锂离子电池的阳极和阴极，以进步其速率和功率功用。尽管经过多年的研讨和开发，锂离子电池显示出一些很好的功用，但因为充放电才干差和高倍率功用，它们依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“戏法G”（MG），具有高导电性，高比表面积和高电解质吸收才干。海绵现已作为增加剂掺入锂离子电池的阳极和阴极，以进步速率才干和高速率循环性。

因为增加剂引进后而发生的电极特性，关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，以获得更高的功用。

9、无水环境下，石墨烯氢燃料电池膜可进步电池功率

匹兹堡大学斯旺森工程学院的研讨人员发现，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，它可以构成一种无水的“管道”，也就是说不需求水就可运送质子。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动力体系。

质子传导膜（PEM）是质子交流膜燃料电池的中心地点，在燃料电池内部，质子交流膜为质子的搬迁和运送供给通道。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搬迁穿过膜。

约翰逊博士说：“咱们的计算机模型标明，因为石墨烯共同的结构，使得它十分适合在无水条件下，经过电路快速地完成质子跨膜和电子传递。这标明将氢燃料电池车做为未来最佳的替代车辆，已指日可下。

10、石墨烯膜可使核去污能量削减100倍

依据曼彻斯特大学的研讨，与现有技能相比，石墨烯可有助于核电厂出产重水和去污能耗本钱削减超越100倍。MarceloLozada-Hidalgo博士领导的团队展现了一种可彻底扩展的石墨烯膜原型，这种石墨烯膜可以更有用地出产重水，然后发生更环保而且更便宜的核电。

现在，曼彻斯特集团开发了可彻底扩展的原型膜，并展现了中试规划研讨中的同位素别离。他们发现高功率的别离将显著下降需求处理的原始同位素混合物的投入量，这下降了资本本钱和动力需求。

研讨人员以为，超重氢净化的动力效益在未来将会更大，这是全球主要关注的问题。

11、工程奇观--石墨烯作为电极资料用于电子设备

石墨烯在电子工业中具有极大的开展远景，特别是作为有机发光二极管（OLED）、太阳能电池和可穿戴电子产品的透明导电的电极资料。

现在，作透明导电电极，ITO是最常用的资料。Whelan解释说：“下一步的作业重点是进步搬运的石墨烯层的电导率，然后进步OLED的功率功率。咱们规划了两个或许的道路：一、咱们可以堆叠多个石墨烯层。二、咱们可以化学掺杂石墨烯，也就是说咱们可以引进影响电功用的杂质。这样可以使石墨烯与ITO更具竞争力。Whelan说，将来，咱们希望石墨烯可以成为柔性电子电极的规范资料，例如：用于制作可曲折的屏幕。

12、研讨人员处理了石墨烯的易燃性问题，然后敞开大规划出产的大门

石墨烯在生物医学、电子、动力和环境等范畴的运用远景十分可观，在许多小型运用范畴也取得了成功。可是，因为石墨烯氧化物是一种从石墨中制作石墨烯的中心产品，该产品已被证明具有火灾隐患。

Tian试验室研讨人员运用三次或三次以上正电荷的金属离子将石墨烯氧化物剥离成透明膜。这种新方式的碳聚合物资料除了不易燃外，还具有柔韧性、无毒性和强机械性。一个潜在的运用是运用这种不易燃技能开发的石墨烯，来创建一种可以下降加热和冷却本钱的节能窗户涂层。

Tian说：“这会有更多的运用程序，咱们估计未来的轿车和飞机窗户将比现在愈加智能化，还会有夜视运用。

13、石墨烯纳米管混合物进步锂金属电池

莱斯大学的科学家们经过处理长时刻困扰研讨人员的问题：枝晶的问题，发明晰一种可充电的锂金属电池，其电池容量是商业锂离子电池的三倍。

由化学家詹姆斯罗伯茨领导的Rice研讨人员发现，当新电池充电时，锂金属均匀地包覆了碳纳米管以共价连接到石墨烯表面的高导电碳杂化资料。如美国化学学会杂志ACSNano所报导，该混合物替代了用于交流安全才干的一般锂离子电池中的石墨阳极。在Rice大学创建的石墨烯-碳纳米管阳极的测验标明，它反抗可损坏电池的锂树枝状晶体的构成。

Tour说“许多人做电池研讨只做阳极，因为做整个包装要困难得多，因而咱们有必要开发一种根据硫磺的相对的阴极技能，以习惯榜首代体系中的这些超高容量锂阳极。咱们正在中试规划出产这些阴极加阳极的完好电池，并对它们进行测验。”

14、三维石墨烯上的镍钴硫化物核/壳结构用于超级电容器

镍钴硫化物的三维（3D）核/壳结构是在石墨烯上运用一系列水热进程进行纳米工程而生成的，而用于生长核壳结构的石墨烯是在运用于超级电容器的CVD上生长的。

经过运用NCS纳米管芯作为电子和离子高速搬迁的通道，以及CNS纳米片壳作为高活性区假电容资料，合成后的复合资料表现出优异的电化学功用。3D石墨烯层除了作为优异的表面积来支撑3DNCS/CNS外，它还供给了镍泡沫集电器和3DNCS/NCS复合资料之间优异的导电性。

这种高功用电极资料或许在未来的储能设备中得到很好的运用。

15、石墨烯可作为筛子过滤水中的离子

现在，随着耗水量越来越大，以及海水污染和环境污染的日益严重，世界上有数亿人无法获得安全饮用水。因为传统的海水淡化进程具有动力密集型和环境损坏性，因而咱们迫切需求从海水或污染水中提取洁净水。

曼彻斯特大学的研讨人员以为，石墨烯氧化物（GO）膜可以供给一种简略的办法，从饮用水中过滤出不需求的盐和杂质。石墨烯膜存在的缺点是当GO层浸没在水中时，两层或三层水分子将自身刺进层间空间中，这样就会扩展了间隙，答应离子和分子经过并下降了资料的选择性。奈尔和他的团队围绕这个缺点找到了一种简略的办法，行将GO层叠在环氧树脂之间，以便限制它在浸入水中时膨胀。经过运用这种办法，物理密封的氧化石墨烯（PCGO）膜可以成功地过滤掉像Na和K之类的常见离子，一起答应水经过。

16、电化石墨烯制成细菌灭虫器

石墨烯的运用正逐渐被人们发掘，莱斯大学的研讨人员现已用这种资料来制作一个细菌灭虫器。以前现已发现一种称为激光诱导石墨烯（LIG）的资料是抗菌的，现在该团队现已发现，经过增加几伏的电力，这些功用可以被进步一个档次。

Tour说：“这种方式的石墨烯极易反抗生物膜的构成，这对生物膜的构成具有很大的运用潜力，例如水处理厂，石油钻井作业，医院和海洋运用场合，如对污染活络的水下管道。运用电力时的高抗菌是一个很大的额外的好处。”

Tour说：“被迫生物污损按捺和自动电压诱导的微生物去除的结合使得这是一种十分受欢迎的资料，用于按捺困扰许多职业的天然污染的增加，处理了一个大麻烦。”

17、碳化硅上的石墨烯可以贮存能量

经过在碳化硅的石墨烯的完美表面上引进缺陷，瑞典Linkping大学的研讨人员增加了资料存储电荷的才干。

进行研讨的研讨人员经过在Linkping大学开发的办法运用石墨烯制作碳化硅晶体。当碳化硅被加热到2000℃时，表面上的硅原子移动到气相，而且只剩下碳原子。MikhailVagin说：“被称为“阳极氧化”的电化学进程会损坏石墨烯层，然后发生更多的边际。咱们测量了阳极氧化石墨烯的性质，发现资料贮存电能的才干适当高。

MikaelSyvjrvi说：“碳化硅上的石墨烯可以在比其他类型的石墨烯更大的区域中制作，如果咱们可以以受控的办法改变资料的性质，则可以为其它功用定制表面，例如，创建一个具有自己的内置电池的传感器。”

18、运用石墨烯可造出可见光以外的高端相机

在曩昔的40年中，微电子技能日新月异，这主要得益于硅和CMOS(互补金属氧化物半导体)技能，正是根据此，才有或许制作出计算机、智能手机、小巧且低本钱数码相机以及咱们今天所依赖的大多数电子产品。可是，因为难以将除硅以外的半导体与CMOS结合起来，使得这个平台除微电路和可见光摄像机以外变得愈加杂乱多样。

现如今这个妨碍现已战胜了。ICFO研讨人员初次展现了CMOS集成电路与石墨烯的单片集成，由此发生了一种高分辨率图像传感器，它主要是根据石墨烯和量子点（QD）的数十万光电探测器而成。总的来说，这种石墨烯与CMOS的单片式集成的演示可以使光电子运用愈加广泛，例如低功率的光学数据通讯和紧凑、超活络的传感体系。

19、氧化石墨烯使橡胶更巩固

天然橡胶为粘性液体，但增加交联剂和填料颗粒可以出产出固体弹性资料。可是，这个进程是消耗时刻和精力的。现在来自四川和哈佛大学的研讨人员发现，石墨烯氧化物（GO）可以在一个简略的进程中交联和强化橡胶。

曼彻斯特的纳米功用资料集团领导者Vijayaraghavan说：“复合资料包含两部分，一种柔软轻盈的基体和一种强力的填料，总而言之，它们既轻又强。”“这是运动车中运用的碳纤维复合资料或用于护甲的凯夫拉尔复合资料的原理。在这种情况下，咱们用石墨烯制成了一种柔软而有弹性但脆弱的橡胶复合资料，所得资料都是更强大和更柔软。”

20、石墨烯为分子电子学供给新功用

由国家物理试验室（NPL）和伯尔尼大学带领的世界研讨团队开发了运用石墨烯调理下一代分子电子器件功用的新途径。可以运用这些成果开发更小，更高功用的器件，用于一系列运用，包含分子检测，柔性电子器件，能量转化和存储，以及电阻规范的稳定测量设置。

在科学进步杂志上报导的研讨成果标明晰根据石墨烯的分子电子学开展的重大改变，分子和石墨烯之间的共价接触的重现性（甚至在室温下）战胜了根据造币金属的最先进的技能的当时状况的局限性。

研讨成果还将协助研讨人员在电催化和能量转化研讨中，经过在其试验体系中设计石墨烯/分子界面，进步催化剂或器件的功率。

21、石墨烯晶体管敞开计算机的新年代

中佛罗里达大学助理教授RyanM.Gelfand是研制团队的一份子，他地点的研制团队如今研制了一种石墨烯晶体管，这种晶体管在只运用现有晶体管百分之一电力的情况下，能使计算机运转速度进步一千倍。而现在，依靠硅晶体管的旧年代现已结束，石墨烯晶体管的新年代就要降临。”

根据逻辑电路的彼此联络的石墨烯晶体管系列可以使速度完成腾跃，能使时速挨近太赫兹范围——也就是说时速会进步大约一千倍。别的，Gelfand也表示，石墨烯晶体管将会更小，而且功率也会更高，一起会使设备制作商制备工艺更简略并使计算机具有更多的功用。

22、石墨烯未来路在何方？剑桥、麻省理工等科学家这样说

有人猜测，石墨烯将取代硅作为电子器件的主要资料，因为它可以使设备的处理速度远远超越穆尔定律，且更轻、更薄、更活络。另一些人则梦想着石墨烯推进电池的开展，因为它能将当今锂离子电池的能量密度进步很多倍，极大地扩展了电动轿车的运用范围，并在几秒钟内为咱们的手机和笔记本电脑充电。

DelaFuente告知Seeker，石墨烯的榜首个广泛的商业运用或许在生物传感范畴。在生物传感器之后，电池将成为运用石墨烯共同功用的下一个产品。“石墨烯只是冰山一角，而且才刚刚开始”。石墨烯具有很大的潜力，但咱们至少需求花费10到15年才干完成。咱们不知道是否会成功，但我对成果越来越满足。”

23、石墨烯纳米胶囊，促进锂硫电池商业化

美国阿贡国家试验室和俄勒冈州州立大学的研讨人员，发现了一种新的阴极结构硫化锂电池，这种阴极由包覆多层石墨烯的二硫化锂纳米晶体组成。

在他们试验进程中，研讨人员发现Li2具有较高氧化复原活性，电极充电时氧化为硫，放电时又复原回去。在这种电化学转化进程中，石墨烯胶囊可以有用地保存活性硫，因而电极不会膨胀。

他告知nanotechweb.org：“咱们的新作业，战胜了传统的硫电极和先前报导的表面复合资料存在的问题。简略和可规划化的制作工艺现已开始开展，这意味着在电动轿车职业，该电极很有或许使Li-S电池商业化，具有很大的潜力。”

24、钌原子附着石墨烯上制作高效燃料电池

莱斯大学科学家经过将单一的钌原子附着到石墨烯上，为高功用燃料电池制作了经用的催化剂。

催化剂驱动氧化复原反应，使燃料电池将化学能转化为电能，电极一般由铂制成，其可以反抗电池电荷电解质的酸性。但铂金是贵重的，科学家现已研讨了几十年，希望可以获得适当的替代品。化学家JamesTour说，他的试验室与莱斯和我国的同事们开发了新的资料，钌原子和石墨烯组合或许符合要求。在测验中，其功用与传统的铂基合金、最佳铁氮掺杂石墨烯的功用适当。

25、石墨烯血液透析膜

如今的商业透析膜别离分子十分缓慢，部分原因是因为它们的组成所造成的：商业透析膜相对较厚，而且作为可以穿过这种致密膜的“孔”蜿蜒分布，因而靶分子难以快速经过商业透析膜。

现在麻省理工学院的工程师现已从石墨烯片中制备出了一个功用性透析膜，石墨烯为一层单一的碳原子，以与铁丝网结构相似的六边形相同端对端连接。麻省理工学院机械工程系博士后PiranKidambi表示：该研讨小组的研讨成果标明，石墨烯可以改善膜技能，特别是关于试验室规划的别离进程、以及潜在的血液透析等运用范畴。

26、石墨烯上的纳米电子器件，为电子产品微型化拓荒了新的途经

科学家们在电子器件微型化的道路上不断前进，如今已可以将某些必要的电子器件（如二极管和地道效应半导体结）在原子精度层面上结合于单个石墨烯线（纳米带）中。

经过重复评论，阿尔托大学的PeterLiljeroth与乌得勒支大学的IngmarSwart敲定了方案。他们企图经过在原子精度层面制作石墨烯结构来处理操控电流的问题。他们发现，石墨烯的电子功用可以经过将其制成石墨烯纳米带（十分窄的条带）来操控，而且运用了先进的微观技能来确认所得结构的电子特性和电子运送特性。

PeterLiljeroth说：“这是咱们榜初次创建出地道效应半导体结，而且真实了解到它的详细原子结构。别的，经过实时测量经过电子器件的电流，咱们还可以定量地剖析理论与试验方面的不同。”

27、石墨烯太阳能电池将“随处可见”

近日，研讨人员研制出一种运用石墨烯制作太阳能电池的新技能，这种太阳能电池可以安装在玻璃、塑料、纸张和胶带等的表面上。

该太阳能电池将低本钱的有机（含碳）资料与石墨烯电极进行了结合。由有机化合物制成的光伏太阳能电池拥有比现在遍及运用的无机硅太阳能电池更多的优点，例如便宜、易于制作，而且具有柔软、轻量级的特点，摆脱了重量大、材质硬和脆性易折的缺点，因而将更容易运送。

研讨人员未来的方针就是在不牺牲透明度的前提下进步石墨烯有机太阳能电池的功率，但这还有很长的路要走。他们现在也正在考虑如何将太阳能电池扩展到掩盖整个窗户和墙面所需的大面积，这样一来它们可以更有用地发电，一起还可以对人眼坚持几乎不可见。

28、石墨烯超级电容器打印初试告捷，可穿戴年代不再遥远？

近几年，石墨烯一直是研讨抢手，一项来自曼彻斯特大学的研讨证明，只需经过简略的丝网印刷技能就可直接将柔性电池类设备印刷到纺织品上。

现在可穿戴技能最大的难题是：如安在不装备很多电池组的情况下给设备供电？曼彻斯特大学的研讨团队以为，比较恰当的处理办法是用超级电容器替代电池组。他们将可导电的氧化石墨烯油墨印刷到棉织物上，成功制得固态的柔性超级电容器。

为了进一步完成电子设备的可穿戴化，下一步该做的是开展一种简略可工业量产化的印刷技能来出产这种超级电容器，这将对下一代多功用可穿戴电子产品的完成至关重要。