鉅大LARGE | 點擊量:1220次 | 2018年06月09日
石墨烯,繼硅之后的下一場材料革命
芯片摩爾定律已經(jīng)失效,科學家正在尋求量子計算芯片的發(fā)展。電池容量瓶頸迫在眉睫,不僅是智能手機,電動車、無人機等一大波新技術產(chǎn)品有賴于電池的突破。內(nèi)存正有機械式走向固態(tài)式,但現(xiàn)有的固體硬盤存取壽命明顯短很多。
機械強度最高的材料
美國哥倫比亞大學的兩名華裔科學家李成古和魏小丁研究得出的,石墨烯是人類已知機械強度最高的材料,它的楊氏模量高達1TPA,比鋼鐵還高200倍。做外殼比用于防彈衣的凱芙拉還強。
導熱性能天下第一
石墨烯的導熱性能優(yōu)于碳納米管。普通碳納米管的導熱系數(shù)可達3500W/mK,理論值甚至高達6000W/mK,是目前導熱率最高的天然材料金剛石的2.5倍。比現(xiàn)在特種級的流體導熱也差不了多少。當然不只是用在散熱技術上,對于現(xiàn)有的熱能轉換部件都會有影響,即使是老式汽車、特種業(yè)、地熱發(fā)電、風能發(fā)電電機的基礎設計都會得到極大的改進。
光學性質(zhì)超好
因為獨特的能帶結構和零帶隙特征,石墨烯有兩個驚奇的光學性質(zhì),石墨單層對可見光僅2.3%的吸收,透明度為97.7%。硅基玻璃的透光率只有80%。作為屏幕保護層,石墨烯在合適不過了。作感光元器件效果會更好,有實驗室以石墨烯為原料制作的傳感器可超越現(xiàn)有最先進的傳感器1000倍。太陽能效率也會比現(xiàn)有硅基面板提高很多倍,英國薩里大學研究員已經(jīng)在實驗室開發(fā)出效率接近90%的石墨烯基太陽能面板。
電阻率最低材料
“電子在石墨烯里遵守相對論量子力學,沒有靜質(zhì)量”與大多數(shù)常見物質(zhì)不同,它的半導體間隙為零,在石墨烯中的大π鍵的共軛體系中,電子移動與金屬和半導體完全不同,遵循狄拉克方程,因此可以費米速率高速移動。在實驗室電子傳輸測量結果中,石墨烯的電子遷移率高于15,000cm2V1s1,更不受溫度影響。是現(xiàn)有物質(zhì)中電阻率最低的材料。石墨烯超導的特性可輕松實現(xiàn)現(xiàn)有硅芯片的性能的同時功耗大降,不需考慮硅芯片高集成度下的漏電和電子高速運行下的相互干擾?;谶@種特性,利用石墨烯制成的電池容量可達現(xiàn)有30倍,充電速度還更快,超級電容類電池性能增幅更大。
石墨烯,不僅擁有比硅更廣泛的用途,遠超自然界材料的優(yōu)異物理化學性能還會帶來一場比硅更大的多的材料革命。
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