石墨烯的功能和功效

石墨烯对于物理学的基础研究有着特殊的意义，它使得一些只能在理论上演示的量子效应能够被实验验证。在二维石墨烯中，电子的质量似乎是不存在的。这种性质使得石墨烯成为一种罕见的凝聚态物质，可以用来研究相对论量子力学。由于无质量粒子必须以光速运动，因此必须用相对论量子力学来描述，这为理论物理学家提供了新的研究方向:一些原本需要在巨型粒子加速器中进行的实验，可以用石墨烯在小实验室中进行。

零能隙的半导体主要是单层石墨烯，这种电子结构会严重影响其表面气体分子的作用。石墨烯的氢化和氧化结果显示了单层石墨烯相对于块状石墨具有增强表面反应活性的功能，表明石墨烯的电子结构可以调控其表面反应活性。另外，通过气体分子吸附的诱导可以改变石墨烯的电子结构，不仅改变载流子的浓度，还可以掺杂不同的石墨烯。

传感器

石墨烯可以做成化学传感器，这个过程主要是通过石墨烯的表面吸附性能来完成的。根据一些学者的研究，石墨烯化学检测器的灵敏度可以与单分子检测的极限相媲美。石墨烯独特的二维结构使其对周围环境非常敏感。石墨烯是电化学生物传感器的理想材料，由石墨烯制成的传感器在检测医学中的多巴胺和葡萄糖方面具有良好的灵敏度。

晶体管

石墨烯可以用来制造晶体管。由于石墨烯结构的高稳定性，这种晶体管仍然可以在接近单个原子的尺度上稳定工作。相比之下，目前用硅制作的晶体管，在10纳米左右的尺度上会失去稳定性；石墨烯中的电子对外场的超快的反应速度，使得石墨烯制成的晶体管达到了极高的工作频率。比如2010年2月，IBM宣布将石墨烯晶体管的工作频率提高到100GHz，超过同规模的硅晶体管。

柔性显示屏

柔性屏幕在消费电子展上备受关注，成为未来移动设备显示器的发展趋势。柔性显示未来市场广阔，石墨烯作为基础材料的前景也被看好。韩国研究人员首次制作了由多层石墨烯和玻璃纤维聚酯片组成的柔性透明液晶显示器。来自韩国三星公司和成均馆大学的研究人员在63厘米宽的柔性透明玻璃纤维聚酯板上制作了一块电视机大小的纯石墨烯。他们说，这是迄今为止最大的石墨烯块。随后，他们使用石墨烯块制作了柔性触摸屏。

新能源电池

新能源电池也是石墨烯首次商业化的重要领域。麻省理工学院成功开发出一种柔性光伏面板，其表面覆盖有石墨烯纳米涂层，可以大大降低制造透明可变形太阳能电池的成本，这种电池可能用于夜视镜和相机等小型数码设备。此外，石墨烯超级电池的研发成功，也解决了新能源汽车电池容量不足、充电时间长的问题，大大加快了新能源电池产业的发展。这一系列研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺平了道路。

海水淡化

石墨烯过滤器比其他海水淡化技术使用得更多。水环境中的氧化石墨烯薄膜与水紧密接触后，可以形成宽度约为0.9 nm的通道，小于这个尺寸的离子或分子可以快速通过。通过机械手段进一步压缩毛细通道尺寸和控制石墨烯薄膜中的孔径，可以高效过滤海水中的盐分。

储氢材料

石墨烯具有重量轻、化学稳定性高、比表面积大等优点，是储氢材料的最佳候选材料。

宇宙空间

由于高导电、高强度、超薄的特点，石墨烯在航空航天军工领域的应用优势也极为突出。2014年，美国国家航空航天局研制出一种用于航天领域的石墨烯传感器，可以很好地探测地球高层大气中的微量元素和航天器上的结构缺陷。石墨烯还将在超轻型飞机材料等潜在应用中发挥更重要的作用。

该传感器

石墨烯制成的新型感光元件，通过特殊的结构，有望比现有的CMOS或CCD提高上千倍的感光能力，能耗仅为10%。可用于监视器和卫星成像、相机、智能手机等领域。