2021-10-25
考虑到这一点，人们可能会惊讶地发现，碳是人体中第二丰富的质量，也是宇宙中第四丰富的元素（按质量计），仅次于氢、氦和氧。这使得碳成为地球上所有已知生命的化学基础，使石墨烯成为一种生态友好、可持续的解决方案，适用于几乎无限数量的应用。自从发现（或更准确地说，机械获得）石墨烯以来，不同科学学科的应用呈爆炸式增长，特别是在高频电子、生物、化学和磁传感器、超宽带光电探测器和能源领域取得了巨大的进步。存储和生成。
石墨烯生产挑战
最初，制造大面积石墨烯的唯一方法是非常昂贵且复杂的过程（化学气相沉积，CVD），该过程涉及使用有毒化学品通过将铂、镍或碳化钛暴露于乙烯或苯在高温下。除了在金属衬底上使用晶体外延外，别无选择。这些生产问题使石墨烯最初无法用于开发研究和商业用途。此外，在电子产品中使用 CVD 石墨烯受到从金属基板上去除石墨烯层而不损坏石墨烯的困难。
然而，2012 年的研究发现，通过分析石墨烯的界面粘附能，可以有效地将石墨烯与其生长的金属板分离，同时理论上还可以无限次地重复使用该板用于未来的应用，因此减少先前在此过程中产生的有毒废物。此外，使用这种方法分离的石墨烯的质量足够高，可以制造分子电子器件。
自那以后，对生长 CVD 石墨烯的研究取得了突飞猛进的进展，使石墨烯的质量成为技术采用的一个非问题，现在技术采用受底层金属基板的成本控制。尽管如此，仍在进行研究以定制基板上始终如一地生产石墨烯，并控制波纹、掺杂水平和域尺寸等杂质，同时还控制石墨烯层的数量和相对晶体取向。
应用
推动石墨烯研究向工业应用发展需要协同努力，例如价值 10 亿欧元的欧盟石墨烯旗舰项目。在历时数年的第一阶段之后，Flagship 研究人员制定了完善的石墨烯应用路线图，确定了最有前途的应用领域：复合材料、能源、电信、电子、传感器和成像以及生物医学技术。
能够用石墨烯制造超级电容器可能是很长一段时间以来电子工程中最大的一步。虽然电子元件的发展在过去 20 年中以非常高的速度发展，但由于尺寸、功率容量和效率（大多数类型的电池效率非常低），电池和电容器等电力存储解决方案一直是主要的限制因素，而电容器更是如此）。例如，锂离子电池面临能量密度和功率密度之间的权衡。
在最初进行的测试中，激光划线石墨烯 (LSG) 超级电容器的功率密度可与当今使用的高功率锂离子电池相媲美。不仅如此，LSG 超级电容器还具有高度的灵活性、重量轻、充电速度快、薄，并且如前所述，生产成本相对较低。
