石墨烯材料可以在幾秒鐘內(nèi)給手機(jī)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(jī)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(diǎn)，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(jī)構(gòu)的研究人員報(bào)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(jì)算機(jī)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(diǎn)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(shí)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(jiān)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任孔月照博士說，石墨烯的硬度很強(qiáng)，是目前最強(qiáng)鋼的100倍，石墨烯的電子運(yùn)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(qiáng)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(shí)，石墨烯能靈敏地檢測到細(xì)微的運(yùn)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(yùn)動能使石墨烯中的電子快速運(yùn)動，從而實(shí)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(shí)都有同樣的經(jīng)歷。當(dāng)他們在紙上寫錯字的時(shí)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)看不到石墨烯，因?yàn)槭┎粌H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(jī)械剝離法只是實(shí)驗(yàn)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(jī)充電可以充電幾秒鐘，手機(jī)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(diǎn)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)栽谧隽硪患笫拢麄儗⑹└街诤穸戎挥?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(shí)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(diǎn)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(jī)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(jì)在一段時(shí)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(qiáng)，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(shí)驗(yàn)室研究階段，但石墨烯材料的強(qiáng)大能力仍在不斷提高。IALS使研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任高濤認(rèn)為，即使在實(shí)驗(yàn)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(shí)，在技術(shù)上仍存在許多挑戰(zhàn)。目前，要實(shí)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(qiáng)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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