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石墨烯導(dǎo)熱   

       石墨烯的理論導(dǎo)熱率可高達(dá)3000~5000W/(mK)。石墨烯具有極高的熱導(dǎo)率和熱輻射系數(shù)，傳熱導(dǎo)能力是金剛石的兩倍以上遠(yuǎn)高于金屬中導(dǎo)熱系數(shù)最高的金、銀、銅、鋁等。石墨烯紅外輻射的性能可將熱量均勻地快速傳導(dǎo)在二維平面上，并沿水平和垂直兩個(gè)方向同時(shí)散熱，將熱量輻射的形式散發(fā)到外界環(huán)境空間，有效地將熱量轉(zhuǎn)移。

應(yīng)用案例1：石墨烯導(dǎo)電膜

碳豐客戶將石墨烯導(dǎo)熱膜放進(jìn)洗車座椅里，能快速的加熱散熱。

應(yīng)用案例2：石墨烯導(dǎo)電涂料

在環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂等有機(jī)涂料中添加石墨烯制成散熱樹脂涂料，涂料的導(dǎo)熱性能提升明顯。

       石墨烯具有獨(dú)特的性能，常常作為填料添加到聚合物或者合金中來改善基體在防腐性能方面的不足，其防腐機(jī)制主要為：

①石墨烯化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，可以起到阻隔的作用，防止基底與腐蝕介質(zhì)接觸；

② 石墨烯為納米材料，具有小尺寸效應(yīng)，可以填充到涂料的孔洞和缺陷中，在一定程度上阻止和延緩了小分子腐蝕介質(zhì)浸入金屬基體；

③從電化學(xué)角度來說，石墨烯能更好地鈍化鍍層金屬，使鍍層的耐蝕性能進(jìn)一步得到提高。

應(yīng)用案例：石墨烯金屬防腐涂料

       石墨烯添加到防腐涂料中，油井管道，油船，等需要防腐，涂覆石墨烯復(fù)合后的防腐涂料，是目前已知防腐性能最好的材料，最佳性價(jià)比的防腐手段。

石墨烯層與層之間有良好的潤滑作用，其片層結(jié)構(gòu)可以將涂層分割成許多小區(qū)間，能夠有效地降低涂層內(nèi)部應(yīng)力，消耗斷裂能量，進(jìn)而提高涂層的柔韌性、抗沖擊性和耐磨性。

機(jī)械性能增強(qiáng)應(yīng)用

石墨烯是目前力學(xué)強(qiáng)度最高的材料，其彈性模量高達(dá)1TPa，拉伸強(qiáng)度高達(dá)180GPa，石墨烯的強(qiáng)度約為普通鋼的100倍，面積為1m2的石墨烯層片可承受4kg的質(zhì)量，被認(rèn)為是增強(qiáng)材料力學(xué)性能的理想添加劑。石墨烯作為一種典型的二維增強(qiáng)材料，在復(fù)合材料領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。僅僅較小的石墨烯添加量，材料的韌性、強(qiáng)度、和剛度等力學(xué)性能得到顯著的提升。

石墨烯散熱應(yīng)用

散熱原理主要有以下兩點(diǎn):

1.石墨烯的高導(dǎo)熱性能可以快速將設(shè)備產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到散熱器中,從而有效地降低設(shè)備的溫度。石墨烯的導(dǎo)熱性能高,使其能夠在短時(shí)間內(nèi)迅速傳導(dǎo)熱量,從而大大提高了散熱效率。

2.石墨烯具有極高的比表面積,可以將熱量均勻地分布到整個(gè)材料表面上,從而提高散熱效率。與傳統(tǒng)的散熱材料相比,石墨烯的比表面積更大,可以更好地將熱量散發(fā)出去。

石墨烯散熱材料應(yīng)用于電子產(chǎn)品，汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)散熱、航空航天等領(lǐng)域。

其他應(yīng)用

    一、集成電路

    石墨烯具備作為優(yōu)秀的集成電路電子器件的理想性質(zhì)：高載流子遷移率以及低噪聲。2011年，IBM成功創(chuàng)造了第一個(gè)石墨烯為基礎(chǔ)的集成電路-寬帶無線混頻器，電路處理頻率高達(dá)10 GHz，其性能在高達(dá)127℃的溫度下不受影響。石墨烯納米帶具有高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率、低噪聲的特點(diǎn)，是集成電路互連材料的一種選擇，有可能替代銅金屬。有些研究者試著用石墨烯納米帶來制成量子點(diǎn)，他們?cè)诩{米帶的某些特定位置改變寬度，形成量子禁閉（quantum confinement）。石墨烯納米帶的低維結(jié)構(gòu)具有非常重要的光電性能：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和寬帶光增益。這些優(yōu)良品質(zhì)促使石墨烯納米帶放在微腔或納米腔體中形成激光器和放大器。研究表明可將石墨烯納米帶應(yīng)用于光通信系統(tǒng)，發(fā)展石墨烯納米帶激光器。

    二、石墨烯晶體管

    2005年，Geim研究組與Kim研究組發(fā)現(xiàn)，室溫下石墨烯具有10倍于商用硅片的高載流子遷移率，并且受溫度和摻雜效應(yīng)的影響很小，表現(xiàn)出室溫亞微米尺度的彈道傳輸特性（300 K下可達(dá)0.3 m），這是石墨烯作為納電子器件最突出的優(yōu)勢，使電子工程領(lǐng)域極具吸引力的室溫彈道場效應(yīng)管成為可能。較大的費(fèi)米速度和低接觸電阻則有助于進(jìn)一步減小器件開關(guān)時(shí)間，超高頻率的操作響應(yīng)特性是石墨烯基電子器件的另一顯著優(yōu)勢。在現(xiàn)代技術(shù)下，石墨烯納米線可以證明一般能夠取代硅作為半導(dǎo)體。

    三、透明導(dǎo)電電極

    石墨烯良好的電導(dǎo)性能和透光性能，使它在透明電導(dǎo)電極方面有非常好的應(yīng)用前景。觸摸屏、液晶顯示、有機(jī)光伏電池、有機(jī)發(fā)光二極管等等，都需要 良好的透明電導(dǎo)電極材料。特別是，石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度、柔韌性以及透光性優(yōu)于常用材料氧化銦錫。通過化學(xué)氣相沉積法，可以制成大面積、連續(xù)的、透明、高電導(dǎo)率的少層石墨烯薄膜，主要用于光伏器件的陽極，并得到高達(dá)1.71%能量轉(zhuǎn)換效率；與用氧化銦錫材料制成的元件相比，大約為其能量轉(zhuǎn)換效率的55.2%。

    四、導(dǎo)熱材料/熱界面材料

    研究表明，室溫下石墨烯的熱導(dǎo)率（K）已超越塊體石墨（2000 W/m?K）、碳納米管（3000~3500 W/m?K）和鉆石等同素異形體的極限，達(dá)到5300 W/m?K，遠(yuǎn)超銀（429 W/m?K）和銅（401 W/m?K）等金屬材料。優(yōu)異的導(dǎo)熱和力學(xué)性能使石墨烯在熱管理領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿?，石墨烯基薄膜可作為柔性面向散熱體材料，滿足LED照明、計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星電路、激光武器、手持終端設(shè)備等高功率、高集成度系統(tǒng)的散熱需求。這些研究成果為結(jié)構(gòu)/功能一體化的炭/炭復(fù)合材料的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)全新視角。

    五、傳感器

    石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)使它在傳感器領(lǐng)域具有光明的應(yīng)用前景。巨大的表面積使它對(duì)周圍的環(huán)境非常敏感，即使是一個(gè)氣體分子吸附或釋放都可以檢測到。這檢測目前可以分為直接檢測和間接檢測。通過穿透式電子顯微鏡可以直接觀測到單原子的吸附和釋放過程。通過測量霍爾效應(yīng)的方法可以間接檢測單原子的吸附和釋放過程。當(dāng)一個(gè)氣體分子被吸附于石墨烯表面時(shí)，吸附位置會(huì)發(fā)生電阻的局域變化。當(dāng)然，這種效應(yīng)也會(huì)發(fā)生于別種物質(zhì)，但石墨烯具有高電導(dǎo)率和低噪聲的優(yōu)良品質(zhì)，能夠偵測這微小的電阻變化

    六、超級(jí)電容器與鋰離子電池

    由于石墨烯具有特高的表面面積對(duì)質(zhì)量比例，石墨烯可以用于超級(jí)電容器的導(dǎo)電電極?？茖W(xué)家認(rèn)為這種超級(jí)電容器的儲(chǔ)存能量密度會(huì)大于現(xiàn)有的電容器。由于良好的導(dǎo)電性和巨大的比表面積，石墨烯可在鋰離子電池中有廣泛的應(yīng)用：可直接作為鋰離子電池負(fù)極，也可與SnO2、Si等材料復(fù)合作為鋰離子電池的負(fù)極。石墨烯的修飾可有效縮短鋰離子電池的充電時(shí)間并增加鋰離子電池的功率密度。