El semiconductor de espacio cero es principalmente grafeno de una sola capa. Esta estructura electrónica afectará seriamente la acción de las moléculas de gas en su superficie. Los resultados de hidrogenación y oxidación del grafeno muestran que el grafeno de una sola capa tiene la función de mejorar la reactividad superficial en comparación con el grafito a granel, lo que indica que la estructura electrónica del grafeno puede regular su reactividad superficial. Además, la estructura electrónica del grafeno se puede cambiar mediante la inducción de la adsorción de moléculas de gas, no solo cambiando la concentración de portadores, sino también dopando diferentes grafenos.
Sensor
El grafeno se puede convertir en sensores químicos. Este proceso se completa principalmente a través de las propiedades de adsorción superficial del grafeno. Según investigaciones de algunos académicos, la sensibilidad de los detectores químicos de grafeno es comparable al límite de detección de una sola molécula. La estructura bidimensional única del grafeno lo hace muy sensible al entorno que lo rodea. El grafeno es un material ideal para biosensores electroquímicos, y los sensores fabricados con grafeno tienen buena sensibilidad para detectar dopamina y glucosa en medicina.
Transistores
El grafeno se puede utilizar para fabricar transistores. Debido a la alta estabilidad de la estructura del grafeno, este transistor aún puede funcionar de manera estable a una escala cercana a la de un solo átomo. Por el contrario, los transistores actuales fabricados con silicio pierden estabilidad a una escala de unos 10 nanómetros; la velocidad de respuesta ultrarrápida de los electrones del grafeno a los campos externos permite que los transistores fabricados con grafeno alcancen una frecuencia de funcionamiento extremadamente alta. Por ejemplo, en febrero de 2010, IBM anunció que aumentaría la frecuencia de funcionamiento de los transistores de grafeno a 100 GHz, superando la de los transistores de silicio de la misma escala.
Pantallas de visualización flexibles
Las pantallas flexibles han atraído mucha atención en el Consumer Electronics Show y se han convertido en la tendencia de desarrollo de las pantallas de dispositivos móviles en el futuro. El mercado futuro de pantallas flexibles es enorme y las perspectivas del grafeno como material básico también son prometedoras. Por primera vez, investigadores coreanos han creado una pantalla de cristal líquido transparente y flexible compuesta de múltiples capas de láminas de grafeno y poliéster de fibra de vidrio. Investigadores de la Corporación Samsung de Corea del Sur y la Universidad Sungkyunkwan crearon un trozo de grafeno puro del tamaño de un televisor en una lámina de poliéster de fibra de vidrio transparente y flexible de 63 centímetros de ancho. Dicen que este es el bloque de grafeno más grande jamás producido. Luego utilizaron bloques de grafeno para crear pantallas táctiles flexibles.
Baterías de nueva energía
Las baterías de nueva energía también son un área importante para la primera comercialización de grafeno. El MIT ha desarrollado con éxito un panel fotovoltaico flexible cubierto con una nanocapa de grafeno que podría reducir significativamente el costo de fabricar células solares transparentes y deformables que podrían usarse en pequeños dispositivos digitales como gafas de visión nocturna y cámaras. Además, el desarrollo exitoso de las súper baterías de grafeno también ha resuelto los problemas de capacidad insuficiente de la batería y el largo tiempo de carga de los vehículos de nueva energía, acelerando enormemente el desarrollo de la industria de las baterías de nueva energía. Esta serie de resultados de investigación allana el camino para la aplicación del grafeno en la industria de las baterías de nueva energía.
Desalación
Los filtros de grafeno se utilizan más que otras tecnologías de desalación. Cuando una película de óxido de grafeno en un entorno acuático entra en estrecho contacto con el agua, puede formar un canal con un ancho de aproximadamente 0,9 nm, a través del cual pueden pasar rápidamente iones o moléculas más pequeñas que este tamaño. Al comprimir aún más el tamaño del canal capilar y controlar el tamaño de los poros en la película de grafeno a través de medios mecánicos, la sal del agua de mar se puede filtrar de manera eficiente.
Materiales de almacenamiento de hidrógeno
El grafeno tiene las ventajas de ser liviano, alta estabilidad química y una gran superficie específica, lo que lo convierte en el mejor candidato para materiales de almacenamiento de hidrógeno.
Espacio
Debido a su alta conductividad, alta resistencia y características ultrafinas, las ventajas de aplicación del grafeno en los campos aeroespacial y militar también son extremadamente destacadas. En 2014, la NASA desarrolló un sensor de grafeno para uso en el campo aeroespacial, que puede detectar oligoelementos en la atmósfera superior de la Tierra y defectos estructurales en las naves espaciales. El grafeno también desempeñará un papel más importante en aplicaciones potenciales, como materiales para aviones ultraligeros.
Este sensor
Se espera que el nuevo elemento fotosensible fabricado con grafeno, a través de una estructura especial, aumente la capacidad fotosensible miles de veces en comparación con los CMOS o CCD existentes, y consume sólo 10%. Se puede utilizar en monitores e imágenes satelitales, cámaras, teléfonos inteligentes y más.