沈一浩

摘要：随着稳定的石墨烯成功分离，当前关于石墨烯材料的应用研究越来越多，石墨烯材料开始被广泛应用于化学工业生产、电子产品生产以及医学生物研究等多个领域。本文主要介绍了石墨烯材料的电子效益、力学特性、热性能以及光学特性等方面的特征，并对当前石墨烯材料的主要应用方向进行了介绍。

关键词：石墨烯材料;材料特性;材料应

一、石墨烯的主要特性

（一）电子效应

石墨烯载流子运动速度非常迅速，在常温状态下石墨烯材料其载流子的迁移速度是硅材料的10倍，不僅如此，石墨烯材料载流子运动速度受到环境温度的影响非常小，这主要基于，石墨烯材料的载流子遵循一种特殊的量子隧道效应，这使得石墨烯材料的载流子遇到杂质时，极少产生背散射，正是基于石墨烯材料的电子特性，使石墨烯材料具备了更好地性能、更强的散热性以及耗电量少的特点，因此，相关学者认为，在未来石墨烯材料极有可能取代硅材料，成为最为主要的电子半导体生产材料。

（二）力学特性

石墨烯材料是目前已经发现的所有材料中强度最高的材料之一，而与其他高强度材料相比，更为特殊的是石墨烯材料还具备较好的韧性，基于石墨烯材料的这一力学性能，石墨烯材料目前正被应用于制备高强度材料应用领域以及压力传感器测试领域，不仅如此，将石墨烯材料应用于宇航器制造领域，将石墨烯材料与相关金属材料制成复合材料，则能够大大提升原有宇航器制作材料的拉伸性，这对于航天航空领域的发展具有重要意义。

（三）热性能

石墨烯具有非常强的热传导能力，当石墨烯材料作为热传导载体时，其导热系数也可达600 W/mK，正是由于石墨烯材料所具备的这一性能，石墨烯材料具有了良好的散热功能，将其应用于电子设备中，能够帮助电子设备实现快速散热，从而避免电子设备因温度过高导致其性能和运行效率降低等问题。

（四）光学特性

薄层石墨烯材料具有良好的透光性，其光透过率高达97.7%，几近透明，不仅如此，石墨烯材料还具有良好的导电性能，由于石墨烯材料同时具备高透光性以及良好的导电性能，因此，石墨烯材料开始的被应用于触屏膜以及柔性显示研发领域，并取得了一定的进展，有望在未来取代ITO材料成为未来显示屏幕领域最关键的材料之一。

二、石墨烯材料的主要应用途径

（一）代替硅生产电子产品

目前晶体管主要使用硅材料进行生产，但是在电子设备运行的过程中，由于电子进行激烈运动，因此设备会出现发热现象，而在发热状态下电子设备的性能将在一定程度上下降，这在一定程度上阻碍了电子设备的发展，而石墨烯材料在电子设备的运行过程中，由于电子在石墨烯材料中运行受到的阻碍非常少，因此电子之间由于运动摩擦所产生的热量就比较小，加之石墨烯材料具有非常好的导电性，因此石墨烯材料对于提升和推动电子设备的发展具有广阔应用前景。

（二）石墨烯材料在柔性显示中的应用

由于石墨烯材料具有良好的透光性、以及导电性，石墨烯材料在显示屏幕领域具有广阔的发展前景，而更为重要的是，石墨烯材料在具备成为显示屏幕潜力的同时，石墨烯材料本身还具有较强的韧性，能够被弯曲，这使得石墨烯材料制成的相关显示屏幕具备了可折叠性和可穿戴性，这对于可穿戴电子产品以及可折叠的电子产品研发而言具有重要意义。

（三）石墨烯材料在传感器中的应用

由于石墨烯独特的电子效应，使石墨烯在高灵敏检测领域具有非常广阔的应用前景。根据相关研究表明，目前石墨烯材料所制成的传感器不仅能够测量生物体内的小分子，同时还能够测量生物体内的DNA等大分子，且相对其他传感器而言，石墨烯材料所制成的传感器感应速度更快，传输速度更高，对于传感器领域整体性能的提升具有重要作用。

（四）石墨烯材料在复合材料方面的应用

石墨烯复合材料目前主要有三类，一是石墨烯金属纳米复合材料;二是石墨烯高分子材料;三是石墨烯无机复合材料。首先，石墨烯金属纳米复合材料主要被用于催化剂，相对于其他催化剂而言，石墨烯金属纳米催化剂的催化速度更快，毒性更小，这对于我国化学工业的发展具有重要意义;其次，石墨烯高分子材料也具有广阔的应用场景，例如，将石墨烯添加到导电橡胶和塑料中，能够在一定程度上减少电线电阻，这对于降低电力运输过程中出现的电力损耗具有重要意义;最后，目前在研究领域对于石墨烯无机复合材料的研究相对较少，但是石墨烯具有较高程度的韧性且透光性较好，这使得石墨烯与其他无机金属材料复合而成材料在柔性显示领域将具有较强的应用前景。

（五）石墨烯材料在生物医学中的应用

在药物载体、基因测序、生物传感器等方面的应用前景广阔。石墨烯材料在成为可控释放性药物及靶向治疗药物方面具有重要的应用前景，这主要基于部分靶向治疗药物能够较好地溶于石墨烯材料中，其石墨烯材料相对其他载体而言能够承担更大剂量的药物运输。由于石墨烯材料制作而成的传感器能够检测多种生物分子，且其检测的效率非常高，因此，石墨烯材料在生物传感器感应等方面具有重要作用。

（六）石墨烯材料在环保领域中的应用

由于石墨烯金属材料属于一种催化剂，而且石墨烯金属材料还具备较好的吸附性，因此石墨烯材料能够可作为催化剂催化污染气体的转化，并同时吸附空气中的部分有害物质，达到治理空气污染的效果，除此之外，石墨烯在治理水污染方面也具有重要作用，石墨烯材料不仅能够作为催化剂转化水中的金属离子，同时还能够吸附水中的有害物质。

三、总结

尽管石墨烯材料具备诸多特性，这些特性使得石墨烯材料在电子设备、环保、生物医疗等领域都具有广阔应用前景，但是，目前石墨烯在这些领域的应用还属于研究阶段，并未广泛应用于实践过程中，因此，需要进一步加强对石墨烯材料的研究，发现石墨烯材料很多的潜在性能，并加强石墨烯在各领域的应用研究，以及石墨烯材料应用在各个领域中的推广。

参考文献：

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