石墨烯是一種由碳原子組成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個(gè)原子層厚度的準(zhǔn)二維材料。作為最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”。今天，小編帶大家來(lái)看看石墨烯的最新應(yīng)用成果！

石墨烯

1.智能石墨烯人工喉——有望輔助聾啞人“開(kāi)口說(shuō)話”

智能石墨烯人工喉，其利用石墨烯的熱聲效應(yīng)來(lái)發(fā)射聲音，利用石墨烯的壓阻效應(yīng)來(lái)接收聲音，實(shí)現(xiàn)了單器件的聲音收發(fā)同體。器件使用的多孔石墨烯材料具有高熱導(dǎo)率和低熱容率的特點(diǎn)，能夠通過(guò)熱聲效應(yīng)發(fā)出100Hz－40kHz的寬頻譜聲音；其多孔結(jié)構(gòu)對(duì)壓力也極為敏感，能夠感知發(fā)聲時(shí)喉嚨處的微弱振動(dòng)，可以通過(guò)壓阻效應(yīng)接收聲音信號(hào)。因此，這種器件能夠準(zhǔn)確感知聾啞人低吟、尖叫等特殊聲音，并將這種“無(wú)含義聲音”轉(zhuǎn)換為頻率、強(qiáng)度可控的聲音，有望輔助聾啞人“開(kāi)口說(shuō)話”。該項(xiàng)工作被人民網(wǎng)、新浪科技、清華新聞網(wǎng)等媒體報(bào)道。

智能石墨烯人工喉

2.石墨烯硅柱陣列異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池

清華大學(xué)任天令教授團(tuán)隊(duì)從理論和實(shí)驗(yàn)研究了提高石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池效率的方法。該研究從理論上提出了石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的理論模型，模型分析顯示，通過(guò)控制石墨烯層數(shù)，調(diào)節(jié)石墨烯功函數(shù)和增加防反射層，最多可實(shí)現(xiàn)9%的轉(zhuǎn)化效率。根據(jù)理論預(yù)測(cè)結(jié)果，團(tuán)隊(duì)制備了石墨烯/硅柱陣列異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池，從實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了高達(dá)7%的轉(zhuǎn)化效率。該研究從理論和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)性地研究了石墨烯在太陽(yáng)能電池中發(fā)揮的關(guān)鍵作用，對(duì)于石墨烯太陽(yáng)能電池的發(fā)展具有重要意義。

石墨烯硅柱陣列異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池

3.石墨烯助力“類腦芯片的研制”

類腦計(jì)算概念的提出，為微電子芯片的徹底革新提供了嶄新的途徑。人腦中有數(shù)以億計(jì)的神經(jīng)元，不同的神經(jīng)元之間又由突觸所連接，在這張龐大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，突觸扮演著最為基礎(chǔ)和重要的角色，突觸強(qiáng)度的可塑性是實(shí)現(xiàn)記憶和學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。利用雙層旋轉(zhuǎn)石墨烯，結(jié)合氧化鋁作為離子傳輸層實(shí)現(xiàn)了類突觸器件，同時(shí)通過(guò)背柵作為神經(jīng)調(diào)節(jié)器，來(lái)控制突觸后輸出電流信號(hào)的強(qiáng)度。在負(fù)的背柵電壓下，可實(shí)現(xiàn)興奮型的類突觸行為，在正的背柵電壓下，能夠?qū)⑼挥|行為調(diào)制成抑制型，并且還能夠模擬突觸發(fā)育的全過(guò)程。該研究為芯片模仿人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更高程度的智能提供了可能，在相關(guān)領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)的意義。

石墨烯動(dòng)態(tài)突觸器件示意圖和測(cè)試結(jié)果

4.石墨烯紙基壓力傳感器

石墨烯紙基壓力傳感器，通過(guò)熱還原手段，將多層混合的氧化石墨烯溶液與紙材料轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬邮┘?。利用石墨烯紙層間的空氣通道以及紙材料獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)，有效使得石墨烯紙?jiān)趬毫ψ饔孟?，阻值發(fā)生顯著變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的高靈敏度探測(cè)。該器件在可穿戴應(yīng)用方面具有極高的靈敏度，從而實(shí)現(xiàn)脈搏、呼吸以及多種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的精確檢測(cè)，對(duì)于柔性智能可穿戴傳感器的發(fā)展具有重大意義。此外，這一新型石墨烯紙基器件還具有環(huán)保、低成本、高柔性等突出特點(diǎn)。

石墨烯壓力傳感器示意圖和測(cè)試結(jié)果

5.石墨烯耳機(jī)——有望應(yīng)用于人與動(dòng)物的交流

利用激光直寫技術(shù)，制備出新型柔性石墨烯耳機(jī)，相比于傳統(tǒng)電磁式耳機(jī)，該耳機(jī)具有柔性和超薄的特點(diǎn)，以及低成本、高速和無(wú)需轉(zhuǎn)移的優(yōu)勢(shì)，此外該石墨烯耳機(jī)能覆蓋可聽(tīng)域和超聲域，具有比商用耳機(jī)更為廣闊而平坦的聲頻譜輸出。相比于可聽(tīng)域，動(dòng)物的聽(tīng)覺(jué)對(duì)超聲頻段的聲音更為敏感，因此石墨烯耳機(jī)不僅可以應(yīng)用于人，還有望應(yīng)用于人與動(dòng)物的交流，團(tuán)隊(duì)基于該石墨烯耳機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)物行為的控制。

石墨烯耳機(jī)

石墨烯的用處遠(yuǎn)不止以上這幾種，作為“新材料之王”，石墨烯被廣泛應(yīng)用于發(fā)聲器件、智能石墨烯人工喉、新型石墨烯阻變存儲(chǔ)器、光譜可調(diào)的石墨烯發(fā)光器件、石墨烯仿生突觸器件、可調(diào)石墨烯應(yīng)力傳感器等諸多方面。