石墨烯具有廣闊的應用空間與巨大的經濟價值。目前國內外對石墨烯技術的應用研究如火如荼，研究熱點主要集中在石墨烯製備、儲能、感測器、生物醫學等方面。以下為2021年石墨烯製備與應用十大研究進展。
1.
韓國研發單晶大面積無褶皺單層石墨烯
2021年8月，韓國基礎科學研究所（IBS）研發出單晶大面積無褶皺無吸附層單層石墨烯。為了消除褶皺，研究團隊基於自制銅鎳箔，在1000K和1030K溫度下利用化學氣相沉積法（CVD），在氬氣流中使用乙烯與氫氣的混合物生長石墨烯，獲得大面積、無褶皺、無吸附層的單晶石墨烯薄膜。這種均勻無褶皺的石墨烯可更快地攜帶電荷，比矽快七倍，比現有石墨烯快三倍，為製造半導體、顯示器和太陽能電池產品等領域和行業的技術進步鋪平道路。
2.
英國實現連續大規模生產石墨烯
2021年3月，倫敦帝國理工學院和伯明翰大學研發出實時監控大規模生產石墨烯的新技術，為可控和可定製的石墨烯批次生產提供途徑。研究人員結合流體動力學、數值模擬和材料表徵，使用自上而下的生產方法，促使製造商能夠控制生產的石墨烯的原子層數，從而能夠實時監控質量和生產速度。新技術使用綠色溶劑，且可用於製造其他二維材料。
3.
空客提交可防雷擊的功能化石墨烯增強預浸料專利申請
2021年8月，全球先進材料集團Haydale宣佈與空客公司共享一系列可防止雷擊的石墨烯增強預浸料的智慧財產權，空客公司為該技術提交了聯合專利申請。與現有的碳/環氧樹脂系統相比，功能化石墨烯/2D填料的加入有助於抗雷擊效能顯著的複合材料的迭代生產，從而減輕對銅網的需求。材料研發獲得了英國國家航空航天探索計劃（NATEP）防雷擊石墨烯複合材料（GraCELs2）專案支援。Haydale執行長Keith Broadbent表示期待將新技術新增到功能化母粒產品中，以進一步提高該系列產品的效能。
4.
新型石墨烯氣凝膠可用作飛機隔音材料
2021年6月，英國巴斯大學開發出每立方米僅重2。1千克的氧化石墨烯-聚乙烯醇氣凝膠，其成為有史以來最輕的飛機隔音材料。在400-2500Hz範圍內，平均吸聲係數高達0。79，平均聲傳輸損失可達15。8dB。氣凝膠用作飛機發動機內的隔音材料，可將噴氣發動機起飛時產生的105分貝轟鳴聲降至類似吹風機的聲音。研究人員將最佳化該材料，以提供更好的散熱效果，提高燃油效率和安全性。該材料還可用於製造直升機或汽車發動機中的面板。
5.
東麗開發具有極佳流動性的石墨烯分散液
2021年3月，日本東麗公司開發超薄多層石墨烯分散液，具有極佳流動性、導電性和導熱性。研究人員透過新增獨特的聚合物材料來控制粘度，抑制石墨烯之間相互作用引起的聚集，獲得了具有高流動性的高濃度超薄石墨烯分散液。新材料具有高分散性、易於混合，可作為鋰離子電池的導電材料，易於與陰極材料混合以提高導電性，降低反覆充放電過程中的容量損失，相比目前電動汽車電池通常採用的碳奈米管導電劑，電池壽命延長了50%。
6.
石墨烯旗艦啟動GrEEnBat專案以改進電動汽車的電池技術
2021年4月，石墨烯旗艦（Graphene Flagship）計劃啟動“用於汽車應用的石墨烯高能電池”（GrEEnBat）新專案，旨在改進電動汽車的電池技術。該專案為期三年，將建立由60到90個純電動汽車電池組成的汽車電池模組原型。電池的負極是創新的核心，由早期石墨烯旗艦研究專案中開發的矽-石墨烯複合材料組成。結合獲得專利的石墨烯製造技術，石墨烯旗艦工業合作伙伴將實現模組原型在1000次迴圈後容量保持80%，意味著總行駛里程可達45萬公里。
7.
美國開發低成本石墨烯增強陶瓷基複合材料
2021年9月，美國Mag7 Technologies公司開發了由聚合物衍生的石墨烯增強陶瓷基複合材料（CMC）——CeraGraphe，並已開始為其提供技術許可。這種陶瓷-石墨烯漿料適用於各種CMC應用，特別是在極高溫情況下。石墨烯增強的CMC零件，如陶瓷制動器和螺栓，不僅耐熱性好，而且結構完整性高，解決因磨損而需要經常更換的傳統問題。Mag7 Technologies透過原位工藝從較便宜的石墨中提取出石墨烯，然後將所得石墨烯均勻地分散在複合材料中，並在整個基體中與陶瓷前體共價結合，因此CeraGraphe相對便宜且適應性強，可應用於任何陶瓷前體聚合物，例如聚矽氮烷。
8.
石墨烯“熱開關”可動態調節電子裝置熱量
配備鋰離子電池的現代裝置在極熱或極冷環境下很容易出現故障或效能低下。2021年8月，美國普渡大學工程師開發出可壓縮石墨烯泡沫製成的“熱開關”，根據裝置內外部溫度進行動態調整，以保持一致的熱管理。石墨烯泡沫由特定模式沉積的奈米級碳顆粒構成，中間有小空隙。當泡沫未壓縮時，可充當絕緣體，氣穴將熱量保持在原位。但是當泡沫被物理壓縮時，空氣逸出，更多的熱量透過泡沫傳匯出去。根據泡沫的壓縮程度，可精確調整傳熱量。這種動態熱管理形式的潛在應用不僅僅是手機，還可用於電動汽車電池、航天器和生物醫學裝置等。
9.
石墨烯墨烯助力電磁干擾遮蔽
2021年8月，希臘赫拉斯研究所（FORTH）、帕特雷大學研究人員將釐米級單層石墨烯作為增強材料摻入聚合物奈米層壓板，開發出有效的電磁干擾（EMI）遮蔽產品。透過化學氣相沉積（CVD）技術生產的大尺寸單層石墨烯具有較大的橫向尺寸，且聚合物和石墨烯交替層均勻可控分散，確保有效的應力轉移，克服奈米顆粒填料的高填充需求缺點。研究人員採用半自動工藝生產釐米級CVD石墨烯/聚合物奈米層壓板，薄層壓材料在太赫茲範圍內顯示出非常高的電磁干擾（EMI）遮蔽效率，在33μm的厚度下達到60dB，每單位的絕對EMI遮蔽效率在合成非金屬材料中名列前茅。這些具有卓越效能的奈米層壓材料適用於航空航天、汽車以及許多電子應用。
10.
拉伸改變石墨烯電子特性為新型感測器開路
2021年6月，瑞士巴賽爾大學研究發現，均勻拉伸可以改變石墨烯的電子特性。研究人員在兩層氮化硼間放置一層石墨烯，隨後使用楔子從下方向架子中心施力，以控制拉伸整個石墨烯層。而後研究人員透過光學法校準石墨烯的拉伸，在-269℃下使用電傳輸測量拉伸後的電子特性。研究結果表明，均勻拉伸改變原子核之間的距離，從而改變石墨烯電子態的特性。這項研究將促進新型感測器和電晶體的開發。
