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說說最強材料石墨烯

鉅大LARGE  |  點擊量:1373次  |  2018年09月19日  

石墨烯其貌不揚,其微片看上去就好像是棉花一樣的黑色絮狀物,可它為什么如此受追捧?答案其實并不復雜。因為它太輕薄了,只有一個原子厚度,卻又非常堅硬。除此之外,它還擁有優秀的導熱性、極低的電阻率。在輕薄堅固的同時,它還幾乎是完全透明的。這些特性讓研究者們能夠創造出無限的可能性,無怪乎石墨烯橫空出世之時業界震驚。


在2004年以前,科學界一直認為石墨烯只是一種假想結構,不可能穩定單獨存在,直至英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫從石墨中分離出了它。兩人因此在2010年獲得了諾貝爾物理學獎。


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石墨烯(Graphene)之所以如此優秀,因為它是一種由碳原子構成的二維材料,呈單層片狀結構,意味著它只有一個碳原子厚度,可謂極致輕薄。因為它幾乎可以被看作是二維的鉆石,所以堅固無比也是理所當然的了——它也的確是目前最堅硬的納米材料,畢竟其二維蜂窩晶格結構的鍵強度上是很大的。


石墨烯特有的蜂窩晶格結構使其具備很好的導熱性,因為當受到外力時,變形的是整個碳原子面,使得碳原子無需重新排列以適應外力,這讓它結構更穩定。此外也正由于其獨特的結構,電子在其中的移動不會出現散射,也很難受到干擾。

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值得一提的是,石墨烯幾乎是完全透明的,這可以讓人們充分發掘它的可能性,比如說我們用的智能手機的屏幕。


總的來說,石墨烯的轟動,是因為它創造了諸多紀錄,石墨烯一系列神秘的特殊性讓人們對它的應用充滿幻想。那么,科學家現在又發掘出了它的什么用法呢?


一秒一部高清電影


現在電影和游戲都將進入4K時代,龐大的文件體積讓“小水管”們不堪重負,石墨烯很可能就是未來的救星。


科學家們發現,石墨烯調制器比銅導線的傳導速度要快千倍,10個調制器放在一起速度將達到百萬兆。而且其體積極小,僅有頭發絲的四百分之一細,隨便放在主板上的任何地方都行。

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石墨烯高速、對熱又不敏感,它解決了業界長期未能解決的問題。


手機充電不再苦苦守候


現在智能手機的耗電量有目共睹,如果著急的話,充電的過程真是煎熬,還好石墨烯能救。


正如上文所說,石墨烯導電性能非常優秀,這使得它可以加快電池的充放電速度。如果是手機的話,可能充電過程不到一分鐘就結束了。另外它的高比表面積結構還能夠增加儲電容量。


值得一提的是,由于其體積小,未來的手機在重量和厚度上肯定會有進一步的縮減。


不只是智能手機,石墨烯的應用很可能將帶來電動汽車技術的進一步發展。有了大容量高充電速度的汽車,消費者們購買時就將不會再猶豫。


拍照神器不再高端?


諾基亞曾申請過一項關于石墨烯的專利,它利用這種材料制造攝像頭傳感器,使得其體積大幅度縮小。


我們都知道PureView808雖然在手機上實現了4100萬像素,但臃腫的傳感器嚴重影響美感,Lumia1020雖然緩解了這個問題,但看上去仍舊突兀。石墨烯傳感器可以做到纖薄無比,不僅可以使“駝峰”消失,甚至還能繼續削減手機厚度。


再進一步去想,一旦石墨烯得到普及,將來我們的手機攝像頭的平均像素數還會水漲船高。


石墨烯能讓燈下崗?


傳統的電燈我們已經使用了那么多年,怕是誰都沒想過它的地位會被挑戰吧,可是石墨烯有這個實力。


瑞典和美國的發明家發現石墨烯可以被制成一種低功耗的發光面板,覆蓋在墻上,使得墻壁整個變成燈。這樣的墻壁可以隨意調節亮度和發光處,普通的燈和它一比著實落了下風。


其實這種技術的原理和OLED很像,不過科學家表示它比OLED的成本要低得多,而且在生產過程中也不會產生難以回收的廢料。


鋪設未來之路說說最強材料石墨烯(組圖)


整幢房子都是太陽能面板


太陽能技術如今已經屢見不鮮,但它的低效率問題到現在都沒有得到很好的解決。于是,石墨烯又能派上用場了。


我們已經知道石墨烯是一種透明、良好的導體,這樣的材料自然很適合用來制造太陽能電池。石墨烯的發現者之一,曼徹斯特大學的康斯坦丁·諾沃肖洛夫表示石墨烯可以被用來制成所謂的“太陽能油漆”,只要刷在建筑表面,就能夠充當太陽能面板。


可以想見,一旦這種新型油漆得到應用,未來一幢房子被優質的太陽能電池所覆蓋時,效率該有多高。


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結語


盡管石墨烯擁有這樣的好處,但它并不是沒有缺陷,目前成本偏高就是阻礙它推廣的最大因素——能夠被稱為“黑金子”,其昂貴可想而知。


好在科學家在不懈努力下它的成本已經有了大幅度減少。石墨烯頭發尺寸的微小樣品曾經售價高達1000美元,現在工藝改進后已經大大降低,未來達到“白菜價”也并非不可能。


變革正在發生,很多時候我們卻渾然不覺,在科技飛速發展的現代,人們應該以更加清醒的態度去迎接這些變化。

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