鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1848次 | 2018年08月24日
解密石墨烯:為何能取代鋰電池?
歐盟委員會(huì)于6月23日宣布,歐洲最大的研發(fā)計(jì)劃之一的石墨烯旗艦項(xiàng)目規(guī)模將增長(zhǎng)一倍,將有66家新的合作伙伴獲邀加入,歐洲石墨烯的科研實(shí)力將得到加強(qiáng)。
據(jù)悉,上述新增的66家合作伙伴來(lái)自19個(gè)國(guó)家,其中白俄羅斯、保加利亞、捷克、愛(ài)沙尼亞、匈牙利和以色列是第一次加入該項(xiàng)目。值得注意的是,新增合作伙伴中超過(guò)三分之一是中小型企業(yè),顯示出市場(chǎng)對(duì)石墨烯的興趣不斷增加。
公開(kāi)資料顯示,作為最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電性最好而且擁有強(qiáng)大靈活性的納米材料,石墨烯可廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、超級(jí)電容器及太陽(yáng)能電池等儲(chǔ)能產(chǎn)品中。
但上述人士表示,盡管目前國(guó)內(nèi)石墨烯研發(fā)技術(shù)已經(jīng)能夠做到部分產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),但由于成本過(guò)高,市場(chǎng)需求不被看好,因此遲遲未有企業(yè)真正投產(chǎn)?!把巯乱屖┱嬲M(jìn)入電池領(lǐng)域,降低成本是關(guān)鍵?!?br/>
解密石墨烯:為何能取代鋰電池?
很多時(shí)候,技術(shù)的革命來(lái)自于材質(zhì),比如塑料的發(fā)明,從方方面面改變了人們的生活。而在目前,石墨烯作為一種新材質(zhì),受到了極大的關(guān)注。實(shí)際上,石墨烯是碳的一個(gè)種類,具有超高強(qiáng)度、輕薄和可延展的特性,將能夠改變數(shù)碼產(chǎn)品的外觀、手感甚至使用形態(tài)。下面,我們就來(lái)詳細(xì)了解一下石墨烯材質(zhì)到底有什么過(guò)人之處。
1.比鋼鐵還硬
雖然LGGFlex可以自我修復(fù)輕微的劃傷,但仍未改變手機(jī)易損壞的缺點(diǎn)。不過(guò),如果手機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品在未來(lái)能夠使用石墨烯作為外殼的話,則會(huì)變得堅(jiān)若磐石。據(jù)美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)的報(bào)告稱,石墨烯的硬度是鋼材的200倍,顯然具有非常強(qiáng)的耐用度。
2.如橡膠般具有延展性
哥倫比亞大學(xué)的研究人員表示,石墨烯具有一定的延展性,能夠伸展20%。也就是說(shuō),石墨烯實(shí)際上是一種柔性材質(zhì),與橡膠類似。三星公司一直在研究石墨烯晶體管,從而生產(chǎn)出柔性屏幕。另外,石墨烯也有一定的耐水性,有望應(yīng)用在新一代的防水設(shè)備上。
3.輕薄特性
石墨烯出色的延展性,還能夠讓其十分輕薄,足夠拉伸到薄到透明的程度。這就意味著,如果手機(jī)廠商可以使用這種材質(zhì),不僅能夠讓手機(jī)更耐用、防水,還可以變得更輕薄。
4.令人難以置信的電池壽命
我們?cè)?jīng)在電池技術(shù)發(fā)展類的文章中提到過(guò)石墨烯,它極有可能在未來(lái)取代鋰電池,成為新一代的電池標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)西北大學(xué)的研究人員已經(jīng)成功研發(fā)出石墨烯和硅材質(zhì)的電池,充電15分鐘可以實(shí)現(xiàn)約一周的續(xù)航能力,令人驚嘆。顯然,如果未來(lái)手機(jī)可以使用石墨烯電池,那么一周一充電將不再是夢(mèng)想。
5.與人類的身體互聯(lián)
英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的博士AravindVijayaraghavan發(fā)現(xiàn),石墨烯具有與生物互聯(lián)的特點(diǎn),這對(duì)健康檢測(cè)類可穿戴設(shè)備具有非常積極的影響。使用石墨烯作為傳感器,將可以監(jiān)測(cè)和掃描人類的神經(jīng)系統(tǒng),可以想象,未來(lái)會(huì)出現(xiàn)“精神健康”類的監(jiān)測(cè)設(shè)備及應(yīng)用。
據(jù)《紐約時(shí)報(bào)》報(bào)道,石墨烯是一種神奇的材料,它具備顛覆當(dāng)前所有電子設(shè)備的潛質(zhì),是“材料的未來(lái)和電子行業(yè)的救命稻草”。報(bào)道稱,石墨烯是目前已知的硬度最高、最薄的材料。它由碳原子以特殊結(jié)構(gòu)排列而成,比其他任何材料都具備更好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性。更令人稱奇的是,它不僅是世界上最硬的材料,而且柔韌性也最強(qiáng)。厚度只有一層碳原子的石墨烯被稱為“奇跡材料”。
石墨烯可以變革電子行業(yè),催生靈活多變的設(shè)備、超動(dòng)力的量子計(jì)算機(jī)、電子服裝及可與身體細(xì)胞交流的計(jì)算機(jī)。
雖然石墨烯早在10年前就被發(fā)現(xiàn),然而它在2010年才真正獲得關(guān)注。兩名曼徹斯特大學(xué)的物理學(xué)家因石墨烯實(shí)驗(yàn)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。最近,研究人員集中精力研究如何商業(yè)化生產(chǎn)石墨烯。
2012年,美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)稱石墨烯的強(qiáng)度是鋼鐵的200倍,它如此輕薄,以至于1盎司的石墨烯可以覆蓋28個(gè)足球場(chǎng)。中國(guó)科學(xué)家曾合成石墨烯氣凝膠,密度只有空氣的1/6;一立方英寸(約16.39立方厘米)的石墨烯氣凝膠放在一片草葉上,草葉不會(huì)變形。
“石墨烯是世界上為數(shù)不多同時(shí)具備透明、導(dǎo)電和柔性三大屬性的材料?!甭鼜厮固卮髮W(xué)講師亞拉文博士(AravindVijayaraghavan說(shuō)道,“這三種屬性很少能在同一個(gè)材料上出現(xiàn)?!?br/>
石墨烯能做什么?
那么我們可以用石墨烯來(lái)做什么?物理學(xué)家和研究人員表示,由于石墨烯可以讓電子產(chǎn)品的屏幕更清晰且具備柔性特質(zhì),這些產(chǎn)品將比以往采用硅材料的設(shè)備更薄、更快、更便宜。另外,續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)的電池也可具備防水性能。
2011年,美國(guó)西北大學(xué)的研究人員以石墨烯和硅為原料制造電池,該大學(xué)表示這種電池可以讓手機(jī)“電池用上一周,每次充電只需15分鐘”。
2012年,美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)表示,石墨烯技術(shù)進(jìn)步將使得“手機(jī)薄如紙張,能夠折疊裝入口袋”。
亞拉文博士正基于石墨烯研制一系列傳感器,包括氣體傳感器、生物傳感器和光傳感器,它們的體型比以往更小。
上周,與韓國(guó)成均館大學(xué)合作的三星尖端技術(shù)研究所的研究人員稱,三星已找到在硅片上制造高質(zhì)量石墨烯的方法。三星在聲明中表示,這些技術(shù)進(jìn)步意味著公司可以開(kāi)始制造“柔性顯示屏、可穿戴產(chǎn)品和其他下一代電子產(chǎn)品”。
科技博客Extremetech撰稿人塞巴斯蒂安安東尼(sebastiananthony)表示,三星的突破最終將成為“石墨烯商業(yè)化的救命稻草”。
三星并不是唯一研究石墨烯的科技公司,IBM、諾基亞和SanDisk公司的研究人員都在嘗試用石墨烯材料創(chuàng)造新型傳感器、晶體管和存儲(chǔ)器。
石墨烯的未來(lái)
當(dāng)上述設(shè)備真正擺到商店貨架時(shí),它們的外形和體驗(yàn)可能是我們從未見(jiàn)過(guò)的。
哥倫比亞大學(xué)機(jī)械工程教授詹姆斯豪恩(JamsHone)表示,他的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)石墨烯拉伸20%后仍能保持導(dǎo)電性。他道:“你知道還有什么可以被拉伸20%嗎?答案是橡膠。相比之下,電子產(chǎn)品普遍采用的硅材料僅能被拉伸1%?!?br/>
他繼續(xù)說(shuō)道:“這只是石墨烯瘋狂的一面——幾乎沒(méi)有其他材料能它這樣?!?br/>
你問(wèn)最大的優(yōu)勢(shì)?石墨烯最大的優(yōu)勢(shì)是價(jià)格便宜。
當(dāng)今電子行業(yè)的很多產(chǎn)品都能利用石墨烯而變得更好、更小、更便宜。
加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家去年制造了一款石墨烯揚(yáng)聲器,音質(zhì)等同于甚至好于森海塞爾耳機(jī),體型更小。
石墨烯迷人的地方還在于,它可浸入液體不被氧化,這一點(diǎn)與其他導(dǎo)電材料完全不同。
亞拉文博士說(shuō)道,石墨烯研究正在向讓電子產(chǎn)品與生物系統(tǒng)融合的方向轉(zhuǎn)變。換句話說(shuō),石墨烯產(chǎn)品可以植入你的身體中,讀取神經(jīng)系統(tǒng)信息或同細(xì)胞對(duì)話。
不過(guò),雖然研究人員相信石墨烯將用于下一代電子產(chǎn)品,但整個(gè)行業(yè)都在使用傳統(tǒng)硅芯片和晶體管制造電子產(chǎn)品,他們接納石墨烯速度可能很緩慢。
倘若真是這樣,石墨烯會(huì)優(yōu)先用于其他行業(yè)。去年,比爾及梅琳達(dá)-蓋茨基金會(huì)拿出10萬(wàn)美元獎(jiǎng)金,獎(jiǎng)勵(lì)利用石墨烯創(chuàng)造出更薄、更輕和更穩(wěn)固的安全套科學(xué)家。
汽車制造商正在探索研制機(jī)身采用石墨烯的電動(dòng)汽車,石墨烯不僅對(duì)機(jī)身起到保護(hù)作用,還將作為太陽(yáng)能面板為汽車供電。飛機(jī)制造商也希望利用石墨烯制造飛機(jī)。
如果這些還不夠,石墨烯或有助量子計(jì)算機(jī)的制造。麻省理工學(xué)院的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)正在利用石墨烯研究量子計(jì)算機(jī),它將是未來(lái)計(jì)算行業(yè)的大市場(chǎng)。
總之,忘記塑料吧,石墨烯才是我們的未來(lái)。
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