银掺杂石墨烯薄膜的制备及其导热性能的研究(4)
1.3.2传感器
电化学生物传感器技术结合了信息技术和生物技术，涉及化学、生物学、物理学和电子学等交叉学科。石墨烯出现以后，研究者发现石墨烯为电子传输提供了二文环境和在边缘部分快速多相电子转移，这使它成为电化学生物传感器的理想材料。Chen等[5]采用低温热退火的方法制备的石墨烯作为传感器的电极材料，在室温下可以检测到低浓度NO2，作者认为如果进一步提高石墨烯的质量，则会提高传感器对气体检测的灵敏度。
目前石墨烯还被用于医学上检测多巴胺、葡萄糖等。石墨烯具有大的比表面积和低的约翰逊噪声，且电导率随表面吸附程度不同而变化，实验和理论研究表明单层石墨烯是一个有前景的候选物，尤其是用于检测各种分子，如气体和生物分子，并提出吸附分子和石墨烯之间的电荷转移引起了化学响应。一个分子吸附于石墨烯表面，吸附的位置与作为给体或受体的石墨烯发生电荷转移，因此改变了石墨烯的费米能级、载流子密度和电阻。
1.3.3超级电容器
碳材料的比表面积高、化学性质稳定、导电能力好，同时价格低廉、原料来源广泛、生产工艺成熟，是目前超级电容器领域应用最广泛的电极材料，比如活性炭、碳纤文、碳纳米管。石墨烯的发现，以其优异的性质迅速引起了超级电容器研究人员的浓厚兴趣。2008年M. D. StoUer等[6]在用石墨稀作为电极的超级电容器，并分别测试了其在有机电解液和水系中的电容性能，分别可以达到99 F/g和136 F/g，高于碳纳米管为电极的比电容。2009年，Y. Wang等人[7]利用胁蒸气还原的石墨烯作为电极材料在水系电解液中比容量高达203 F/g。石墨烯在超级电容器中的优越性能主要是因为其具有高的比表面积，并且表面具有一定的缺陷可以产生一定的鹰电容，如果表面有效发挥作用，将获得远高于多孔炭的比电容[8][9]。
1.3.4太阳能电池
锢掺杂的氧化锡(ITO)是一种常用于透明电极，比如太阳能电池、触摸板、显示器等的原材料。然而，锢是稀有金属成本高昂且难于回收。新一代光电器件对透明导电电极材料提出的要求是质量轻、柔韧性好、制造成本低廉、环境友好，同时可以大规模制造。石墨烯被认为是替代ITO的较理想材料，研究者己经取得了一些成果。
Wang等人[10]将石墨烯用作太阳能电池的透明导电薄膜，这种透明电极的电导率高达550 S/m，与ITO和FTO相当，在1000-3000 nm的波长范围内透光性良好，获得了0.26%的转化效率;Wu等[11-12]人分别用石墨烯，石墨烯/碳纳米管的复合材料制备太阳能电池的透明导电薄膜，电池效率分别提高到了1.7%和5.2%。采用化学气相沉积的方法在铜基底上生长的石墨烯透明电极具有90%的透明度和较低的面电阻(见图1-3)，这种透明电极可以转移到柔韧的PET片上[13]。这种简单的制造和转移方法使石墨烯透明电极有一定的商业化前景[14]
图1-3石墨烯/PET触摸板(左)和石墨烯基触摸屏(右)
1.3.5石墨烯在其它方面的应用
石墨烯优异的物理和化学性质使得它在很多领域有潜在的应用。Srinivas等人[15]还原氧化石墨烯得到实际比表面积为640 m2/g的石墨烯并将其作为储氢材料。实验结果表明:当压力为10 bar时，298 K, 77 K下该材料对氢的可逆储存能力分别是0.1 wt%和1.2 wt%。当压力为100 bar时，298 K下该材料储氢能力为0.72 wt%，优于其它碳材料。石墨烯透明导电材料不仅可以用于太阳能电池领域，还可以应用于液晶显示、触摸屏、有机发光二极管和有机光伏电池等领域。
Wu等人[16]用旋涂法将功能化的石墨烯水溶液涂到石英基底上，然后真空退火处理，得到石墨烯透明导电电极并制备得到有机电致光二极管。所制备的石墨烯透明电极厚度大约为7 nm，在550处的透光率82%，对应于石墨烯透明薄膜的面电阻大约为800 Ω2/sq。当电流密度小于10 mA/cm2日寸，石墨烯基发光二极管器件和传统的ITO基发光二极管器件性能差不多。当电流密度大于10 mA/cmZ时，石墨烯基发光二极管器件的性能明显下降。通过对二者进行比较发现:设定亮度为0.02cd/m2，石墨烯基发光二极管器件的开启电压(4.5 V)高于ITO基发光二极管器件的开启电压(3.8 V)，当器件亮度达到300 cd/m2时，石墨烯阳极的和传统ITO阳极的电压分别是11.7 V和9.9 V，二者具有可比性。
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