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【睿译足迹】颠覆硅时代----石墨烯的到来

本文作者:吴震麟/余倩

本文编辑:Metty

“你以为这只是科学家的事,

其实它就在你掌心”

2010年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov),因“在二维石墨烯材料的开创性实验”而共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯素来有“黑金子”之称,之前在中国市场上的价格近十倍于黄金,超过2000元/克,目前最低降到3元/克。它被称为“神奇材料”,科学家甚至预言其将“彻底改变21世纪”。么这个石墨烯,到底是什么,又厉害在哪里呢?石墨烯---一种只有一个原子厚的二维碳膜,是碳原子之间相互连接成六角网格。铅笔里用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起,而碳纳米管就是石墨烯卷成了筒状。

关于石墨烯,我们需要知道的几点它的特质是:   1、是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料,比钻石还坚硬,其强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍,   2、它的透光率极好,几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;   3、石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300,远超电子在一般导体中的运动速度;   4、是世界上电阻率最小的材料,导热系数高达5300 W/m·K,常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s,而电阻率只约10-6 Ω·cm;        5、石墨烯结构非常稳定,各碳原子之间的连接非常柔韧,当施加外部机械力时,碳原子面就弯曲变形,从而使碳原子不必重新排列来适应外力,也就保持了结构稳定,使碳原子具有优秀的导电性。特点及应用
1. 超强柔韧性(可弯折):柔性显示你以为这只是科学家的事,其实它就在你手心。我们的手机屏幕,就是石墨烯正在进军的方向哦。可弯曲屏幕是未来移动设备显示屏的发展趋势,柔性显示未来市场广阔,石墨烯韧性超强,它作为基础材料,前景可观。


2. 导电性能佳:新能源电池因为只有一层原子,电子的运动被限制在一个平面上,石墨烯也有着全新的电学属性。石墨烯是世界上导电性最好的材料,电子在其中的运动速度达到了光速的1/300,远远超过了电子在一般导体中的运动速度。所以石墨烯自然而然地成为了科学家制成新能源电池的第一首选。

不过,现有商品化的“石墨烯电池”并非整个电池都用石墨烯材料制作,而是在电池的电极使用石墨烯材料。石墨烯的加入可改善复合材料的电化学性能,但提升幅度有限,哪怕只能提升电池性能的3%-5%,但量变积累起来引起质变。

坐等将来能够续航一年的“石墨烯电池”,妈妈再也不用担心我一出门手机就没电啦!



源于过去几十年持续改进技术,锂离子电池之所以能够在新能源汽车领域已实现了电动汽车的初步实用化。附有石墨烯纳米图层的柔性光伏电池板可应用于夜视镜、相机等小型数码设备。


石墨烯纳米涂层的柔性光伏电池板


随着石墨烯在其他领域应用研究的继续开展,以及制备技术的成熟,石墨烯未来有成本大幅下降的可能性。在此基础上,石墨烯用于提升锂离子电池的性能将具备性价比。


未来石墨烯用于电动汽车领域的蓝图


3. 机械强度好:航天军工领域

前不久美国NASA开发出应用于航天领域的石墨烯传感器,就能很好的对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进行检测。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用。


2012年,获得诺贝尔奖的康斯坦丁•诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)和他的同事在《自然》上发表文章讨论石墨烯的未来。他认为:作为一种材料,石墨烯“前途是光明的、道路是曲折的”,虽然将来它也许能发挥重大作用,但是在克服几个重大困难之前,这一前景还不会到来。更重要的是,考虑到产业更新的巨大成本,石墨烯的好处可能不只是简单地取代现有的设备——它的真正前景,或许在于为它的独到特性量身定做的全新应用场合。


不过想想石墨烯技术如果未来走入商用:1年以上的电池续航能力、可根据手腕粗细调节弧度的柔性弯曲屏,清洁健康的石墨烯电动汽车……小编一颗追求高质生活的心还是很激动哒!


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