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石墨烯开启材料新用途:快速充电 DNA测序

导读: 从目前来看,石墨烯可快速产业化的应用包括锂离子电池导电添加剂、功能涂层、触摸屏等,不过伴随着产业快速发展和技术进步,石墨烯正在开启材料新用途,高效DNA测序和快速充电电容器成为新的应用方向。

  有消息称,工信部正在制定的《促进新材料产业健康发展指导意见》中,石墨烯等将被明确为重点新材料领域之一,政策面暖风频频吹向该产业。从目前来看,石墨烯可快速产业化的应用包括锂离子电池导电添加剂、功能涂层、触摸屏等,不过伴随着产业快速发展和技术进步,石墨烯正在开启材料新用途,高效DNA测序和闪充电容器成为新的应用方向。

  政策暖风频吹

  石墨烯是目前最薄也是最坚硬的纳米材料,同时具备透光性好,具备导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等众多普通材料不具备的性能。目前已知的运用价值主要体现在五个领域:储能技术、柔性显示器、高精度传感器、快速导热导电技术以及阻隔渗透技术。随着技术的推进,石墨烯材料与产业化革命已经处于突破的前夜。

  国家自然科学基金委员会从2007年开始,支持的石墨烯项目从1个增加到2012年的334个,2007-2012年间累计资助经费达到了33095万元;科技部和中国科学院对石墨烯的累计资助经费也分别达到了5915万元和4605万元。

  2009-2012年,全球石墨烯的论文和专利申请数量爆发式增长,其中2009年的论文数和专利数分别增长1031%和173%。2009-2012年,论文数一直保持45%以上的年增长率,专利数则保持70%以上增长率。其中我国的石墨烯研发水平以发表论文和申请专利数在2012年分别达到6308篇和1471件,均都居世界第一。截至2012年底全球石墨烯领域前10大的专利申请人以亚洲的科研院所和公司居多。三星以180件高举榜首。中科院和韩国成均馆分别以144和80件位居第二、第三位。

  有消息称,工信部正在制定的《促进新材料产业健康发展指导意见》中,石墨烯等将被明确为重点新材料领域之一。业内认为,石墨烯产业化推进难,既有技术方面的原因,也有商业模式没有创新性适应产业发展的原因,亟需主管部门在政策上给予支持。工信部指导意见的制定和出台将为石墨烯产业的健康发展扫清障碍。

  石墨烯开启材料新用途

  从目前来看,石墨烯可快速产业化的应用包括锂离子电池导电添加剂、功能涂层、触摸屏等,不过伴随着产业快速发展和技术进步,石墨烯正在开启材料新用途。

  近日,依托中国科学院青岛生物能源与过程研究所建设的青岛储能产业技术研究院采用石墨烯基复合电极材料路线,开发出容量可控的锂离子电容器器件。以石墨烯基复合材料制备而成的锂离子电容器首次在电动自行车示范应用。据介绍,城际轨道1—2千米内,新型电容器可满足近距离运行,在乘客上下车的时候实现快速充电。在启动时,可以瞬间加速,在制动时,可以将能量加以回收储存。大功率快速充放电是新型电容器的优势之一。

  此外,日前刊登在国际杂志Nature Communications上的一篇研究论文中,来自墨尔本大学的研究人员通过研究开发了一种新技术,其可以利用特殊形式的碳来进行实时高通量的DNA测序,该技术或为医学研究和检测带来革命性的进步。

  研究者Jiri Cervenka博士表示,石墨烯是一种单原子层的六角形排列碳,其形状类似于鸡爪样,其可以帮助检测组成DNA的四种核酸碱基(A,T,C,G),四种碱基的特殊组合就组成了DNA序列,当前DNA测序是一种最基本的工具,可以帮助科学家们进行医学诊断、法医检测以及医学生物学研究等。

  相比传统技术而言,利用石墨烯来进行DNA的测序,可以有效改善测序的速度、通量、可靠性以及准确率;研究者Dontschuk指出,每一个核酸碱基都会以一种明显不同的方式影响石墨烯的电子结构。当将石墨烯同纳米孔进行结合后,单一的DNA分子就可以穿过基于石墨烯的电子传感器,从而就会开启实时、高效及高通量的单一DNA分子的测序。

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