或許你并不知道什么是石墨烯？但它今后會(huì)應(yīng)用在你的生活和科技產(chǎn)品中。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，只需10秒，發(fā)熱片表面溫度可升達(dá)30℃。10平方室內(nèi)面積只需一幅石墨烯采暖畫，整個(gè)屋子就能迅速溫暖起來(lái)。

被業(yè)內(nèi)稱為“黑金”的石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，幾乎完全透明，是目前世界上電阻率最小的材料。曾有專家分析，用石墨烯取代硅，計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會(huì)快數(shù)百倍，應(yīng)用在鋰電池，整體成本可降低20%。

在此之前，石墨烯一直用在軍工、制造、太陽(yáng)能、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)在，石墨烯這種材料開始應(yīng)用在太陽(yáng)能發(fā)熱、家用電器、電暖等產(chǎn)品上，京東上已開始售賣智能理療護(hù)腰、智能發(fā)熱服、智能暖貼。石墨烯產(chǎn)業(yè)奠基人、江南石墨烯研究院名譽(yù)理事長(zhǎng)馮冠平教授表示，除了即將掀起的智能穿戴革命。

例如，石墨烯智能暖貼，3.7V低電壓即可迅速加熱20度-60度快速升溫，通過(guò)手機(jī)APP可自由調(diào)溫。

馮冠平透露，在海外研究石墨烯的華人很多，最近幾年開始回國(guó)發(fā)展，目前，江蘇常州市政府建立了石墨烯創(chuàng)業(yè)平臺(tái)。在常州，石墨烯已形成了批量生產(chǎn)的能力，包括了石墨烯薄膜等。從事石墨烯生產(chǎn)的企業(yè)有15家，下游應(yīng)用配套企業(yè)40多家。

“5年前石墨烯比黃金還貴，現(xiàn)在成本已開始下降，例如智能理療護(hù)腰，價(jià)格在500多元，京東眾籌三四百元。”馮冠平同時(shí)透露。

如何產(chǎn)業(yè)化？

石墨烯這種新型材料雖然應(yīng)用領(lǐng)域較廣，但怎么將他快速產(chǎn)業(yè)化，讓更多用戶熟悉它，仍然在探索中。

中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長(zhǎng)李義春表示，五年前，石墨烯應(yīng)用在鋰電池和手機(jī)觸摸屏上，但最終因產(chǎn)業(yè)未成熟并未大面積普及。李義春回憶，當(dāng)時(shí)欲將石墨烯薄膜放在手機(jī)觸摸屏上，因?yàn)楫?dāng)時(shí)手機(jī)觸摸屏的價(jià)格很貴達(dá)30塊錢，后來(lái)我們?cè)谌虻谝粋€(gè)將石墨烯應(yīng)用在觸摸屏上，30塊錢就變成了10塊錢，也就沒(méi)有優(yōu)勢(shì)了。

“石墨烯下一步將大面積用于高節(jié)能產(chǎn)品上，例如，用于冰箱的除霜上，冰箱耗電多半是因?yàn)槌斐傻?，這個(gè)會(huì)引發(fā)制冷行業(yè)的革命，可大幅度的降低能源的消耗。”但李義春表示，真正體現(xiàn)石墨烯的好性能是高導(dǎo)熱性和高導(dǎo)電的優(yōu)異性能的產(chǎn)品，它具有其他材料的不可替代性，目前還需要更多企業(yè)和技術(shù)研究人員去挖掘。

2.表征方式：極化曲線
效果：獲得材料腐蝕時(shí)的腐蝕電流密度、極化電阻、腐蝕電位、腐蝕速率等信息
需要注意的問(wèn)題：保證基材的面積固定

3.表征方式：鹽霧試驗(yàn)
效果：加速試驗(yàn)，獲得材料耐腐蝕的耐久性
需要注意的問(wèn)題：注意鹽水濃度的變化

4.材料表征：材料的成分分析
表征方式：X射線能譜
效果：得到材料的元素組成
需要注意的問(wèn)題：樣品不要太大，能放進(jìn)樣品室

5.表征方式：X射線光電子能譜
效果：得到材料的元素組成及價(jià)態(tài)或化合態(tài)
需要注意的問(wèn)題：樣品不能大于2mm厚，僅能測(cè)試表面元素，可以利用濺射一層一層的測(cè)試

6.表征方式：紫外光譜
效果：得到聚苯胺材料的摻雜狀態(tài)
需要注意的問(wèn)題：要能溶于某種溶劑

7.表征方式：裂解色譜
效果：得到聚合物材料的結(jié)構(gòu)
需要注意的問(wèn)題：裂解溫度要適合

8.表征方式：凝膠滲透色譜
效果：得到聚合物材料的分子量
需要注意的問(wèn)題：樣品溶于特定的溶劑

9.表征方式：NMR
效果：有機(jī)樣品的結(jié)構(gòu)鑒定，常用的H譜，C譜，能夠得到樣品分子中H的種類，雜化類型，數(shù)量，主鏈C的信息等。
需要注意的問(wèn)題：分為液體核磁和固體核磁

10.表征方式：GC-MS,LC-MS:
效果：質(zhì)譜一般聯(lián)用氣相、液相更為有用，用于分析有機(jī)小分子成分，有強(qiáng)大的譜庫(kù)可以定性和定量分析樣品組成。
需要注意的問(wèn)題： 對(duì)樣品極性、溶解性和氣化溫度等有要求。

11.表征方式：ICP-MS,ICP-AES,ICP-OES等
效果：可以精確得到樣品中某種無(wú)機(jī)金屬元素含量，特別是微量金屬元素含量；
需要注意的問(wèn)題：需將樣品首先溶解在溶液中，常用硝酸、鹽酸、王水、其他各種有機(jī)酸作為溶解酸，得保證樣品中的重金屬可以溶。

12.表征方式：EDS
效果：可以定性定量分析樣品中元素，雖然有機(jī)元素如C、N、O等也可以分析，但對(duì)元素序數(shù)更大的無(wú)機(jī)元素分析更為精確。
需要注意的問(wèn)題：EDS是SEM或TEM的附件，樣品需按照SEM或TEM制樣要求進(jìn)行制備，所以制樣要求較高。

13.表征方式：EELS
效果： 可以定性定量分析樣品中元素，范圍較EDS更大，同時(shí)分辨率較EDS高好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，做MAPPING分析時(shí)真正在納米尺度上可以表征元素的分布 ；
需要注意的問(wèn)題： EELS對(duì)TEM配置要求更高，一般TEM不含該附件，不是通用測(cè)試手段。

14.表征方式：TGA-DSC-FTIR,或GC-MS:
效果： TGA可以對(duì)有機(jī)無(wú)機(jī)樣品重量隨溫度變化進(jìn)行記錄，表征樣品熱穩(wěn)定性，定量分析樣品組成等，聯(lián)用DSC可以分析樣品隨溫度變化熱焓效應(yīng)，分析樣品熔點(diǎn)，分界點(diǎn)，化學(xué)反應(yīng)熱量等，聯(lián)用紅外或氣質(zhì)可以分析熱分解產(chǎn)物成分。
需要注意的問(wèn)題：?jiǎn)为?dú)TGA樣品用量5-10mg，但膨脹性樣品用量必須減少，儲(chǔ)能材料、炸藥等不能做TGA或者只能用極微量樣品測(cè)試，聯(lián)用紅外或氣質(zhì)需適當(dāng)增加樣品用量降低信噪比和本底干擾。

15.表征方式：AFM,AFM-IR聯(lián)用
效果： AFM可以對(duì)樣品表面形貌進(jìn)行真正意義上的3維分析，AFM和紅外聯(lián)用可以同時(shí)對(duì)AFM圖上任意一個(gè)區(qū)域進(jìn)行紅外官能團(tuán)分析，做官能團(tuán)的mapping，對(duì)復(fù)合材料、多層材料、微觀相分離物質(zhì)非常有效。
需要注意的問(wèn)題：樣品要求必須平整光滑，否則可能損壞探針，與紅外聯(lián)用時(shí)需保證樣品不含水。

16.表征方式：BET
效果：分析多孔材料比表面積，孔型，孔徑，孔分布等，催化、粉體制備等領(lǐng)域常用儀器。

17.表征方式：GPC
效果： 聚合物材料常用表征，可測(cè)出聚合物幾種分子量，但需根據(jù)自身樣品特點(diǎn)選擇不同的填充柱和溶劑。

18.表征方式：離子色譜
效果： 對(duì)常見陰離子如F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-、SO42-、PO43-和陽(yáng)離子如Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+等進(jìn)行定性定量分析，與ICP等手段組合應(yīng)用是分析利器。

19.表征方式：激光粒度儀
效果：分析顆粒樣品粒徑、粒徑分布等；

20.表征方式：有機(jī)元素分析儀
效果：定量分析C、H、O、N、S等幾種有機(jī)樣品中常見元素，是分析常用手段。

21.材料表征：材料的成分
表征方式：XRD
效果：樣品的成分，尤其是晶體結(jié)構(gòu)的材料，可以測(cè)得晶體的點(diǎn)陣常數(shù)，組成以及定量計(jì)算和模擬等
需要注意的問(wèn)題：材料制備簡(jiǎn)單，只是材料尺寸不要太大，符合樣品臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)就可以。

22.表征方式：紅外
效果：可測(cè)得官能團(tuán)的峰位置，有標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而推測(cè)材料的結(jié)構(gòu)，主要是有機(jī)材料
需要注意的問(wèn)題：材料一般做的比較薄，使紅外能夠穿透。

23.表征方式：拉曼
效果：可直接測(cè)得某種物質(zhì)的峰，與標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行對(duì)比，得到物質(zhì)。
需要注意的問(wèn)題：測(cè)試區(qū)域小，一般幾十個(gè)微米左右，偶然性比較強(qiáng).

24.微觀原子排布結(jié)構(gòu)
儀器：3DAP (三維原子探針)
效果：分析幾百納米區(qū)域內(nèi)不同原子排布

25.材料表征：涂層（薄膜）結(jié)合力
表征方式：劃痕儀
效果：測(cè)試薄膜與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度，需要結(jié)合劃痕形貌、聲發(fā)射圖譜和摩擦系數(shù)變化綜合評(píng)定。

26.材料表征：涂層（薄膜）耐磨性
表征方式：銷盤摩擦磨損儀
效果：測(cè)試一定載荷和時(shí)間下摩擦系數(shù)變化并結(jié)合表面形貌分析磨損機(jī)理。

27.材料表征：高分子材料的儲(chǔ)能模量、損耗模量、粘彈性玻璃化轉(zhuǎn)變溫度
表征方式：DMA 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析
效果：材料在不同溫度不同加載頻率下的動(dòng)態(tài)彈性模量、損耗模量，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，壓縮模式可測(cè)壓縮生熱。
需要注意的問(wèn)題：樣品要符合標(biāo)準(zhǔn)

28.材料表征：氧化還原位置
表征方式：循環(huán)伏安測(cè)試
效果：得到循環(huán)伏安曲線，氧化還原反應(yīng)峰，確定電極電對(duì)，說(shuō)明極化情況等。

圖一 具有大孔徑介孔氧化硅球在不同放大倍數(shù)下的掃描電鏡照片（上圖）以及在功能性納米粒子（左下圖）和基因擔(dān)載方面（右下圖）的初步應(yīng)用。

近年來(lái)，由于具有高的比表面積和大的孔容，納米介孔材料在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值越來(lái)越受到人們的重視，特別是利用其均一、易修飾的孔道結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)藥物/生物分子的高效擔(dān)載及可控釋放，已成為研究熱點(diǎn)之一。然而，目前大部分介孔基藥物載體材料的孔道尺寸往往在5 nm以下，這嚴(yán)重限制了其對(duì)于生物大分子如蛋白及核酸類藥物的有效擔(dān)載。針對(duì)這一科學(xué)問(wèn)題，華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院施劍林教授和李永生教授帶領(lǐng)的低維材料化學(xué)課題組進(jìn)行了長(zhǎng)期而深入的研究，突破了目前介孔納米球材料在保持其有序結(jié)構(gòu)不被破壞的前提下孔徑無(wú)法擴(kuò)大的瓶頸，成功制備出一類兼有超大孔徑和有序介孔孔道的新型納米介孔氧化硅材料，最大孔徑可達(dá)17 nm。

在研究工作中，該團(tuán)隊(duì)巧妙地利用兩親性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚丙烯酸可作為介孔材料模板劑這一特性，同時(shí)引入小分子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，通過(guò)采用自組裝技術(shù)與溶劑熱工藝相結(jié)合的新方法，成功制備出一類具有有序介孔結(jié)構(gòu)的大孔徑納米球材料。同時(shí)，初步考察了該有序大孔結(jié)構(gòu)在超順磁性四氧化三鐵納米粒子以及DNA質(zhì)粒擔(dān)載方面的應(yīng)用研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該類材料不僅可以有效地?fù)?dān)載四氧化三鐵納米粒子并作為陰性對(duì)比劑材料用于磁共振成像，其橫向弛豫率可達(dá)379.6 mM?1 ?S ?1，還可以高效擔(dān)載DNA質(zhì)粒用于基因治療，是一類新型的納米診療劑材料。更為重要的是，通過(guò)調(diào)控體系中結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的濃度，可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)該大孔體系孔徑、孔結(jié)構(gòu)（六方相、立方相以及層狀）以及形貌的調(diào)節(jié)。

該研究工作不僅為制備一類新型大孔徑納米材料提供了新的方法和思路，而且將顯著拓寬介孔材料在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，尤其是對(duì)開展大孔結(jié)構(gòu)對(duì)生物大分子或功能性納米粒子的相關(guān)研究，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

自從發(fā)現(xiàn)石墨烯有著優(yōu)異性能以來(lái)，二維的層狀材料比如金屬硫化物，過(guò)渡金屬氧化物，以及其他的二維復(fù)合物再次引起了人們的興趣。過(guò)渡金屬二硫化物是由六方的金屬原子夾在兩層狀硫族元素原子之間構(gòu)成的。硫族元素和過(guò)渡金屬的結(jié)合，形成了超過(guò)40種不同類型的過(guò)渡金屬二硫化物。層狀的過(guò)渡金屬氧化物如MoO3，La2CuO4，絕緣的h-BN，拓?fù)浣^緣體Bi2Te3,Sb2Se3，Bi2Se3，這些層狀材料的共同特點(diǎn)是堆積的三維晶體結(jié)構(gòu)。相鄰的片層之間受范德瓦爾力的相互影響。這些材料橫跨電子結(jié)構(gòu)從絕緣體到金屬的整個(gè)范圍，表現(xiàn)出非常優(yōu)異的性能，比如拓?fù)浣^緣體效應(yīng)、超導(dǎo)性、熱電性等等。與此同時(shí)，第四主族的類石墨烯二維納米微片也引起了高度關(guān)注。硅烯和鍺烯，硅基或鍺基的類石墨烯材料，已經(jīng)在近幾年的時(shí)間內(nèi)，由理論預(yù)測(cè)到了實(shí)驗(yàn)觀察階段。

二維材料展示了獨(dú)特的物理性質(zhì)。這些性質(zhì)也被他們所對(duì)應(yīng)的塊材所擁有，包括電荷密度波，拓?fù)浣^緣體，二維電子氣的物理，超導(dǎo)現(xiàn)象，自發(fā)磁化和各向異性的傳輸特性等。二維層狀材料在電池，電致變色顯示，化妝品，催化劑，和固體潤(rùn)滑劑等方面有著一系列廣泛的應(yīng)用。

同層的連續(xù)減薄到單層尺寸，層狀塊材的固有性質(zhì)將被改變。隨著該領(lǐng)域研究的不斷壯大，許多單層材料具有的物理、電子獨(dú)特及結(jié)構(gòu)性能出現(xiàn)了。令人振奮的例子之一是發(fā)現(xiàn)在分層的大量過(guò)渡金屬硫族化合物（MoS2，WS2， TISe2， Bi2Se3）接近單層厚度。這些材料，特別是展現(xiàn)高遷移率和維持一個(gè)帶隙接近數(shù)層系統(tǒng)。一個(gè)特殊的例子是二硫化鉬，有著200 cm2/（VS）的電子遷移率。二硫化鉬也經(jīng)歷了間接的相位變化帶來(lái)的直接帶隙半導(dǎo)體與隨行光致發(fā)光，作為一種可能的2D晶體管材料。其他金屬硫族化合物，尤其是Bi2Se3，Sb2Te3和Bi2Te3，展現(xiàn)了熱電和拓?fù)浣^緣體性能，吸引了對(duì)于未來(lái)應(yīng)用的興趣。

其他獨(dú)特的化學(xué)方法研制新型二維材料也出現(xiàn)了。通過(guò)三元碳化物，氮化物和碳氮化物與氟化氫(HF)提高了層狀金屬碳化物和氮化系統(tǒng)的性能。被稱為MXenes的材料，如Ti3C2 ， Ti2C ，Ta4C3和TI3(C0.5N0.5)2 ，已經(jīng)形成。

石墨烯加氫帶來(lái)了石墨烷。石墨烷是一個(gè)完全飽和烴的2D化學(xué)分子式為SP3雜化的CH，其帶隙5.4 eV。石墨烷缺口保留靈活性，二維平面度，及多石墨烯的強(qiáng)度，但它的是絕緣體。石墨烷缺乏石墨烯的狄拉克錐。但是石墨烯和石墨烷缺乏直接帶隙，從而使這些材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)在光電方面的應(yīng)用。

石墨烯的具體進(jìn)展和石墨烷帶動(dòng)更大的對(duì)于半導(dǎo)體硅和鍺的興趣，硅烯和鍺烯。兩者的這些材料被預(yù)測(cè)為有混合sp2和sp3雜化，這導(dǎo)致褶皺在硅和鍺原子保留了半導(dǎo)電特性的層狀塊材。硅烯已被證明通過(guò)蒸汽實(shí)驗(yàn)生長(zhǎng)在銀基板。它有有趣的物理和電子屬性。硅烯展示高流動(dòng)性，特征狄拉克錐，并打開一個(gè)帶隙，且與所施加的電場(chǎng)成正比。然而硅烯需要一個(gè)支撐層如銀，二硼化鋯，或銥，所有這些材料都導(dǎo)電，從而消除了整體的硅烯的性能。

所有這些二維材料，特別是鍺或硅為基礎(chǔ)的二維材料其非零帶隙，在提供技術(shù)顯著的承諾領(lǐng)域，如稀釋劑晶體管，太陽(yáng)能電池，光電檢測(cè)器的材料。這些材料是唯一能展示基礎(chǔ)物理的行為的新組合，如光致發(fā)光，狄拉克錐和出色的傳輸特性。臨近2D，物理的基本材料屬性顯示來(lái)自不同的這些層狀材料。新并列薄的材料特性維提供多少承諾在技術(shù)無(wú)限陣列應(yīng)用范圍從熱電，透明電極電池，超薄的太陽(yáng)能電池，并高流動(dòng)性電子躍遷裝置，將新的光電器件。新興的二維層狀半導(dǎo)體石墨和石墨烷材料類似物，如硅烯，鍺烯和硅烷提供很多令人興奮的可用的未來(lái)電子材料。

近日，二維晶體材料家族再添新成員——黑磷。中國(guó)科學(xué)家最近成功制備出基于新型二維晶體黑磷的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件，這是國(guó)際科學(xué)界繼石墨烯（其發(fā)現(xiàn)者獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）之后的又一重要進(jìn)展，其在納米電子器件應(yīng)用方面具有極大潛力。該成果發(fā)表在最新一期國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然?納米科技》上。

場(chǎng)效應(yīng)管是現(xiàn)代電子工業(yè)的基礎(chǔ)型器件，其傳統(tǒng)原材料是硅，但硅的制造工藝正逼近“天花板”。此后，單層原子厚度的石墨烯被發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著二維晶體成為一類可能影響未來(lái)電子技術(shù)的新型材料，然而二維石墨烯的電子結(jié)構(gòu)中不具備能隙，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電流的“開”和“關(guān)”，弱化了其取代計(jì)算機(jī)半導(dǎo)體開關(guān)的前景。科學(xué)家們探索并提出了幾種替換材料，如單層硅、單層鍺，但這些材料都不穩(wěn)定，不利于應(yīng)用。近年來(lái)，科學(xué)家們努力尋找新型材料，希望進(jìn)一步提高場(chǎng)效應(yīng)管的性能。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，中國(guó)科技大學(xué)陳仙輝教授課題組與復(fù)旦大學(xué)張遠(yuǎn)波教授、封東來(lái)教授和吳驊教授課題組合作，成功制備出基于具有能隙的二維黑磷場(chǎng)效應(yīng)晶體管。實(shí)驗(yàn)顯示，這種材料厚度小于7.5納米時(shí)，在室溫下可得到可靠的晶體管性能，漏電流的調(diào)制幅度在10萬(wàn)量級(jí)，電流-電壓特征曲線展現(xiàn)出良好的電流飽和效應(yīng)。這些性能表明，其在納米電子器件應(yīng)用方面具有極大潛力。

圖1 ?石墨烯泡沫

備注：英國(guó)劍橋大學(xué)工程系科學(xué)攝影大賽第一名作品-石墨烯泡沫，它是日益增大的石墨烯層在多孔金屬泡沫框架上形成的。

三維（3D）石墨烯通常是指具有3D結(jié)構(gòu)的二維（2D）石墨烯組裝體，是近年來(lái)石墨烯化學(xué)領(lǐng)域的新型功能材料。將2D石墨烯片整合成具有3D結(jié)構(gòu)的組裝體可以有效調(diào)控石墨烯的電學(xué)、光學(xué)、機(jī)械、化學(xué)和催化特性。因此3D石墨烯材料不僅具有石墨烯固有的理化性質(zhì)，其三維多孔的微/納米結(jié)構(gòu)還使其兼具比表面積大、機(jī)械強(qiáng)度高、電子傳導(dǎo)能力優(yōu)越及傳質(zhì)快速等優(yōu)良特性。

三維石墨烯用于儲(chǔ)能器件

與石墨烯粉末相比，具有三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的石墨烯泡沫不僅具有高孔隙率、高比表面積，還具有彈性高、柔性好、制作超級(jí)電容器電極不用粘結(jié)劑等優(yōu)點(diǎn)，大大拓展了石墨烯的應(yīng)用空間，為石墨烯在柔性導(dǎo)電、儲(chǔ)能材料等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

近日，中科院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室成會(huì)明、任文才帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)在石墨烯三維體材料的宏量制備和應(yīng)用方面取得重要突破。相關(guān)研究成果于4月10日在《自然材料》上在線發(fā)表，并在4月14日出版的《自然》雜志上作為研究亮點(diǎn)予以介紹。

該課題組研究人員采用兼具平面和曲面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的泡沫金屬作為生長(zhǎng)基體，利用CVD方法制備出具有三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的泡沫狀石墨烯體材料。研究發(fā)現(xiàn)，這種石墨烯體材料完整地復(fù)制了泡沫金屬的結(jié)構(gòu)，石墨烯以無(wú)縫連接的方式構(gòu)成一個(gè)全連通的整體，具有優(yōu)異的電荷傳導(dǎo)能力、850立方米/克的比表面積、99.7%的孔隙率和5毫克/立方厘米的極低密度。并且，這種方法可控性好，易于放大，通過(guò)改變工藝條件可以調(diào)控石墨烯的平均層數(shù)、石墨烯網(wǎng)絡(luò)的比表面積、密度和導(dǎo)電性。采用基體卷曲的方法，研究人員可制備出170×220平方毫米及更大面積的石墨烯泡沫材料。

三維石墨烯用于傳感器

3D石墨烯材料具有高的比表面積，優(yōu)異的電子傳導(dǎo)性能和特殊的微觀結(jié)構(gòu)，可有效提高活性分子固載量及電傳導(dǎo)性能，在超靈敏生物傳感器構(gòu)筑中具有潛在應(yīng)用價(jià)值。目前，用于傳感器構(gòu)筑的3D石墨烯材料包括CVD生長(zhǎng)的3D GF及其復(fù)合物、復(fù)合石墨烯氣凝膠、電極上的石墨烯修飾膜，無(wú)支載的石墨烯紙等。

石墨烯傳感器的工作原理：石墨烯作為P型半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性會(huì)受到吸附上來(lái)的氣體分子的影響，通過(guò)確定電導(dǎo)率變化及目標(biāo)氣體濃度間的變化關(guān)系，就可以通過(guò)測(cè)量石墨烯的電導(dǎo)率變化從而測(cè)得目標(biāo)氣體的濃度，屬于電阻式傳感器。

據(jù)美國(guó)《大眾科學(xué)》網(wǎng)站報(bào)道，美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院的科學(xué)家使用石墨烯泡沫最新研制出了一款纖巧、便宜且能重復(fù)使用的新式傳感器。他們將石墨烯，即單層碳原子，種植在泡沫鎳結(jié)構(gòu)上，隨后移除泡沫鎳，留下一個(gè)類似泡沫的石墨烯結(jié)構(gòu)，其具有獨(dú)特的電性，能夠用于執(zhí)行傳感任務(wù)，性能遠(yuǎn)超現(xiàn)在市面上的商用氣體傳感器，當(dāng)將其暴露于空氣中時(shí)，空氣中的粒子會(huì)被吸收到泡沫表面，而且每個(gè)這樣的粒子會(huì)用不同的方式影響石墨烯泡沫，對(duì)其電阻進(jìn)行微小的改動(dòng)。讓電流通過(guò)其中并且測(cè)量電阻的變化，就能知道泡沫上依附的是什么粒子?？茖W(xué)家們讓大約100毫安的電流通過(guò)該泡沫，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種石墨烯泡沫能夠?qū)е铝Ｗ咏馕?，也就是說(shuō)，粒子自動(dòng)從傳感器上剝落下來(lái)，清除這些粒子，傳感器就可以重復(fù)使用了。

科學(xué)家們對(duì)傳感器進(jìn)行了微調(diào)，讓其來(lái)探測(cè)氨水（自制爆炸物硝酸氨的關(guān)鍵成分），該石墨烯泡沫傳感器在5分鐘到10分鐘內(nèi)就設(shè)法探測(cè)到了這種富有攻擊性的粒子，而且效率是現(xiàn)有市面上最好探測(cè)器的10倍?？茖W(xué)家們接著用其來(lái)探測(cè)有毒氣體二氧化氮（爆炸物分解的時(shí)候也會(huì)釋放出這種氣體），結(jié)果表明，其效率也是目前商用傳感器的10倍。