石墨烯是一種由碳原子組成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個原子層厚度的準二維材料。作為最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。今天，小編帶大家來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“開口說話”

智能石墨烯人工喉，其利用石墨烯的熱聲效應(yīng)來發(fā)射聲音，利用石墨烯的壓阻效應(yīng)來接收聲音，實現(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率和低熱容率的特點，能夠通過熱聲效應(yīng)發(fā)出100Hz－40kHz的寬頻譜聲音；其多孔結(jié)構(gòu)對壓力也極為敏感，能夠感知發(fā)聲時喉嚨處的微弱振動，可以通過壓阻效應(yīng)接收聲音信號。因此，這種器件能夠準確感知聾啞人低吟、尖叫等特殊聲音，并將這種“無含義聲音”轉(zhuǎn)換為頻率、強度可控的聲音，有望輔助聾啞人“開口說話”。該項工作被人民網(wǎng)、新浪科技、清華新聞網(wǎng)等媒體報道。

智能石墨烯人工喉

2.石墨烯硅柱陣列異質(zhì)結(jié)太陽能電池

清華大學任天令教授團隊從理論和實驗研究了提高石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池效率的方法。該研究從理論上提出了石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的理論模型，模型分析顯示，通過控制石墨烯層數(shù)，調(diào)節(jié)石墨烯功函數(shù)和增加防反射層，最多可實現(xiàn)9%的轉(zhuǎn)化效率。根據(jù)理論預測結(jié)果，團隊制備了石墨烯/硅柱陣列異質(zhì)結(jié)太陽能電池，從實驗上實現(xiàn)了高達7%的轉(zhuǎn)化效率。該研究從理論和實驗系統(tǒng)性地研究了石墨烯在太陽能電池中發(fā)揮的關(guān)鍵作用，對于石墨烯太陽能電池的發(fā)展具有重要意義。

石墨烯硅柱陣列異質(zhì)結(jié)太陽能電池

3.石墨烯助力“類腦芯片的研制”

類腦計算概念的提出，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，突觸強度的可塑性是實現(xiàn)記憶和學習的基礎(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現(xiàn)了類突觸器件，同時通過背柵作為神經(jīng)調(diào)節(jié)器，來控制突觸后輸出電流信號的強度。在負的背柵電壓下，可實現(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)域具有深遠的意義。

石墨烯動態(tài)突觸器件示意圖和測試結(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┘垺＠檬┘垖娱g的空氣通道以及紙材料獨特的微孔結(jié)構(gòu)，有效使得石墨烯紙在壓力作用下，阻值發(fā)生顯著變化，從而實現(xiàn)對壓力的高靈敏度探測。該器件在可穿戴應(yīng)用方面具有極高的靈敏度，從而實現(xiàn)脈搏、呼吸以及多種運動狀態(tài)的精確檢測，對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。

石墨烯壓力傳感器示意圖和測試結(jié)果

5.石墨烯耳機——有望應(yīng)用于人與動物的交流

利用激光直寫技術(shù)，制備出新型柔性石墨烯耳機，相比于傳統(tǒng)電磁式耳機，該耳機具有柔性和超薄的特點，以及低成本、高速和無需轉(zhuǎn)移的優(yōu)勢，此外該石墨烯耳機能覆蓋可聽域和超聲域，具有比商用耳機更為廣闊而平坦的聲頻譜輸出。相比于可聽域，動物的聽覺對超聲頻段的聲音更為敏感，因此石墨烯耳機不僅可以應(yīng)用于人，還有望應(yīng)用于人與動物的交流，團隊基于該石墨烯耳機實現(xiàn)了對動物行為的控制。

石墨烯耳機

石墨烯的用處遠不止以上這幾種，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。