石墨烯材料可以在幾秒鐘內(nèi)給手機充電，電動汽車只需要3分鐘就可以充電
石墨烯材料可以在幾秒鐘內(nèi)給手機充電，電動汽車只需要3分鐘就可以充電
不久前，清華大學(xué)的研究小組發(fā)布了一種智能石墨烯人工喉的發(fā)明，它利用多孔石墨烯材料的優(yōu)點，制造出了一種具有相同收發(fā)器、適合佩戴的集成聲學(xué)器件。今后有望解決聾啞人言語問題。
在國際上，劍橋大學(xué)和英國其他研究機構(gòu)的研究人員報告說，他們發(fā)現(xiàn)了一種喚醒石墨烯超導(dǎo)性的新方法，石墨烯可用于制造超級計算機等等。
石墨烯是目前最熱門的新材料。在航空領(lǐng)域，稀有元素被用來描述輕如空氣、硬如鋼、性能完美的材料。以前，鈦合金被認(rèn)為是這種質(zhì)量的最佳選擇，而石墨烯，一顆冉冉升起的新星，被認(rèn)為是向稀有元素邁進(jìn)的一步。人類的夢想。
與鉆石一樣，石墨是碳的一種形式。區(qū)別在于，由于原子結(jié)構(gòu)的不同，鉆石是地球上最硬的東西，石墨是最軟的礦物之一，通常制成石墨棒和鉛筆芯。石墨烯是從石墨材料中剝離出來的，在平面上只有一層碳原子。
可以說，石墨烯的一個特點是很薄，是目前世界上最薄的材料。它只有一個原子那么厚，大約0.3納米，是一張A4紙的十萬倍厚，是頭發(fā)的一半，同時還能導(dǎo)電。石墨烯中電子的速度是1000公里/秒，是光速的1/300。薄、堅韌、導(dǎo)電、導(dǎo)熱的石墨烯這些特性給人們很多想象空間。
中國55所電氣科學(xué)研究院微波毫米波單片集成電路和模塊化電路重點實驗室副主任孔月照博士說，石墨烯的硬度很強，是目前最強鋼的100倍，石墨烯的電子運算速度很快。離子，比硅快10倍，這非常適合發(fā)展下一代超高頻電子器件。此外，石墨烯也是一種熱傳導(dǎo)大師，比銀強10倍，是最導(dǎo)熱的金屬。
石墨烯的性質(zhì)也很有趣。例如，當(dāng)一滴水在石墨烯表面滾動時，石墨烯能靈敏地檢測到細(xì)微的運動并產(chǎn)生連續(xù)的電流。這一特性為科學(xué)家們提供了從水流中獲取電能的新思路。
石墨烯能誘導(dǎo)單個電子，帶電粒子在石墨烯表面的運動能使石墨烯中的電子快速運動，從而實現(xiàn)傳感和生成過程。在能源和電子傳感領(lǐng)域的應(yīng)用，如在雨天使用涂有石墨烯的雨傘發(fā)電或制作敏感的傳感器。
正是這些綜合性質(zhì)引起了石墨烯前所未有的關(guān)注。一些人甚至開始預(yù)言石墨烯的出現(xiàn)將導(dǎo)致由物質(zhì)進(jìn)步引起的工業(yè)革命。
石墨烯本身就存在于自然界中。石墨烯是一層薄薄的碳原子片，在原子之間形成一個六角形的環(huán)。這些環(huán)連接在一起形成了蜂窩狀的平面。它由石墨層組成，大約有三百萬層石墨烯，一毫米厚。鉛筆在紙上輕輕地劃過，留下了幾到幾十層石墨烯的痕跡。以前，這種二維的碳結(jié)構(gòu)存在于人們的猜想中，即單層結(jié)構(gòu)很難剝離，關(guān)鍵問題是如何將石墨薄膜化。
許多人在上學(xué)時都有同樣的經(jīng)歷。當(dāng)他們在紙上寫錯字的時候，他們用透明膠帶把錯字粘在一起，但沒有人認(rèn)為這是一種發(fā)現(xiàn)神秘石墨烯的簡單方法。
要制造石墨烯，我們只需要把石墨變薄，不需要切割，不需要研磨，只需要粘上它。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的海姆和諾沃索洛夫使用透明膠反復(fù)粘貼和撕開石墨片。石墨片的厚度逐漸減小，使得石墨烯的厚度只有0.335納米，即只有一個原子厚度的石墨烯，這是世界上第一次有兩位科學(xué)家獲得2010年諾貝爾單層石墨烯物理獎。
中國55所電科院微波毫米波單片集成電路與模塊化電路重點實驗室高級工程師吳云博士向記者演示，將一小塊石墨粘在膠帶上，然后撕下，半小時后膠帶上覆蓋著灰色的圖形。然后用膠帶將其轉(zhuǎn)移到干凈的硅片上。
吳云說，此時看不到石墨烯，因為石墨烯不僅很薄，而且透光率超過97%，幾乎完全透明，肉眼根本看不見，要找到它，還要通過特殊的技術(shù)手段。但這已經(jīng)是一種多層石墨片，然后通過技術(shù)手段找到一個并確定層數(shù)，最終得到單層石墨烯。
專家表示，這只是生產(chǎn)石墨烯的第一種方法，從膠帶粘紙法演變而來的機械剝離法只是實驗室制備石墨烯的方法之一，目前隨著技術(shù)的進(jìn)步，可以生產(chǎn)出更多的高品質(zhì)石墨烯。
石墨烯的出現(xiàn)有望給我們的生活帶來驚喜。手機充電可以充電幾秒鐘，手機屏幕可以輕易彎曲甚至折疊，汽車可以使用石墨烯進(jìn)行靜電輪胎，以避免摩擦點火，從航空航天、電子信息到節(jié)能環(huán)保，使用石墨烯的特性，許多領(lǐng)域都可能發(fā)生巨大的變化。
用石墨烯代替硅可以提高電子芯片的性能，科學(xué)家們正在將石墨烯的生產(chǎn)和應(yīng)用引入半導(dǎo)體工業(yè)。石墨烯引發(fā)的技術(shù)革命很可能從我們常見的小型芯片開始。
硅是電子芯片的基本材料，但是隨著芯片上的元件越來越密集，芯片頂部兩個元件之間的距離小于10納米，幾乎達(dá)到了硅材料的極限，如果你想繼續(xù)提高性能怎么辦科學(xué)家們開始嘗試用石墨烯取代硅。
石墨烯制成的器件理論上可以達(dá)到硅頻率的10倍甚至數(shù)百倍，可用于雷達(dá)，大大提高了雷達(dá)的分辨率，而且廣泛應(yīng)用于通信和成像領(lǐng)域?？自抡照f，作為目前石墨烯和普通半導(dǎo)體設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)設(shè)備，現(xiàn)有的技術(shù)開發(fā)可以以成熟的設(shè)備和技術(shù)為基礎(chǔ)，為后續(xù)工程的研究和開發(fā)打下基礎(chǔ)。
科學(xué)家們?nèi)栽谧隽硪患笫?，他們將石墨烯附著在厚度只?0納米的金箔上，然后用一種新方法將石墨烯完全轉(zhuǎn)移到軟塑料板上。
孔月照說，石墨烯可以通過柔性的方法轉(zhuǎn)移到任何需要的基體上，例如電子器件用的一種特殊的塑料基體，這種塑料基體是柔性的，適用于晶體管的制備。通過特殊的石墨烯轉(zhuǎn)移技術(shù)，將帶石墨烯的金箔附在塑料片上，并以此為基礎(chǔ)，電在塑料片上制備了具有一定功能的電子器件，關(guān)鍵是電子器件容易彎曲，未來無論是可折疊的顯示屏還是可植入人體的可穿戴器件，都可以通過這種石墨烯器件來實現(xiàn)。
石墨烯的另一個有前途的應(yīng)用是電能的儲存。在天津供電研究所，這里的研究人員正在進(jìn)行最先進(jìn)的電容器的研究。電容器和電池一樣，可以用來儲存電能。它的優(yōu)點是充電快，能在幾分鐘內(nèi)充滿電能，并且可以重復(fù)使用。數(shù)萬次。但它儲存的電力不如電池那么多，也不能通過儲存足夠的電力在生活中使用。
這是我們用改性石墨烯制成的泥漿。下一步，我們將用鍍膜機將這些漿料涂在鋁箔上，成為我們石墨烯電容器的正極，中國電氣科學(xué)技術(shù)部化學(xué)物理電源技術(shù)國家科技重點實驗室執(zhí)行副主任丁飛博士說，電容器材料對電容器的性能有著至關(guān)重要的影響，通過對石墨烯材料的進(jìn)一步改性，使電容器的存儲容量逐步接近電池。同時，它的超高速充電速度可以給人們的生活帶來更多的便利，我們正在研究的改性石墨烯電容器可以在幾分鐘內(nèi)充電，其能量密度預(yù)計在一段時間內(nèi)接近現(xiàn)有鋰電池。
能量密度是指儲存在一定空間或物質(zhì)質(zhì)量中的能量。能量密度越高，這種材料的儲能能力就越強，丁飛說，他們研制的改性石墨烯電容器的能量密度已經(jīng)達(dá)到傳統(tǒng)電容器的三倍以上，雖然還處于實驗室研究階段，但石墨烯材料的強大能力仍在不斷提高。IALS使研發(fā)團(tuán)隊看到了改性石墨烯電容器應(yīng)用的廣闊前景。
將來，隨著充電設(shè)施的日益完善，使用石墨烯電池的電動汽車可能在兩三分鐘內(nèi)充電。
中國55所微波毫米波單片集成電路與模塊化電路重點實驗室主任高濤認(rèn)為，即使在實驗室條件下，石墨烯的神奇性質(zhì)仍然沒有完全釋放出來，同時，在技術(shù)上仍存在許多挑戰(zhàn)。目前，要實現(xiàn)真正的大規(guī)模應(yīng)用還有很長的路要走，但通過加強需求與研究的結(jié)合，在石墨烯材料的制備和器件開發(fā)方面取得了重大突破。石墨烯作為新一代戰(zhàn)略性新興材料，將極大地改變?nèi)藗兊纳睢?br>
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