鉅大LARGE | 點擊量：3648次 | 2019年06月20日
石墨烯能做什么？使用石墨烯材料，手機屏幕可以輕易曲折乃至折疊
石墨烯能做什么？使用石墨烯資料，手機屏幕可以輕易曲折乃至折疊
石墨烯的呈現(xiàn)，有望給咱們的日子帶來驚喜。手機充電可以“秒充”，手機屏幕可以輕易曲折乃至折疊，汽車可以使用石墨烯導靜電輪胎，避免沖突起電發(fā)作爆燃……從特種航天、電子信息到節(jié)能環(huán)保，利用石墨烯的特性，許多范疇很可能都會發(fā)作巨大的變化。
用石墨烯代替硅，可以前進電子芯片的功能?？蒲腥藛T現(xiàn)在正把石墨烯的生產(chǎn)和使用引進半導體行業(yè)，石墨烯引發(fā)的技能革命很可能從咱們常見的小小芯片開端。電子芯片的根底資料是硅。然而，跟著芯片上元器材越來越密集，最高端的芯片上，兩個元器材之間的距離現(xiàn)已不到10個納米，幾乎到達硅資料的極限。想要繼續(xù)前進功能，該怎么辦？科研人員開端嘗試用石墨烯部分代替硅的作用。
“由石墨烯制作的器材，理論上頻率可以達到硅的十倍乃至上百倍，可以在特種上使用，大幅前進特種的分辨率。并且在通訊、成像上都有比較廣泛的使用?！笨自聥冉榻B說，并且，當時石墨烯的研發(fā)作產(chǎn)設備和普通半導體器材生產(chǎn)設備相同，現(xiàn)有的技能開發(fā)都可以根據(jù)成熟的設備和工藝，為后續(xù)的工程化研發(fā)奠定了根底?？蒲腥藛T還在做另一件大事。他們讓石墨烯附著在厚度只要50納米的金箔上，然后用一套新的辦法，把石墨烯完整地轉移到柔軟的塑料片上。
孔月嬋說，石墨烯可以經(jīng)過靈活的辦法轉移到任意科研人員希望的襯底上，比如電子器材上專用的一個塑料襯底，它具備柔性，也合適晶體管的制備進程。經(jīng)過特別的石墨烯轉移技能，將帶有石墨烯的金箔附著在了塑料片上，以之為根底在這塊塑料片上制備出具有一定功能的電子器材。最要害的是，這樣的電子器材可以輕松曲折。未來無論是可以折疊的顯現(xiàn)屏幕，仍是可以植入人體的可穿戴設備，都可能靠這樣的石墨烯器材來完成。
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-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
石墨烯另一個被寄予厚望的使用范疇是電能的貯存。在天津電源研討所，這兒的科研人員正在開展最先進電容器的研討。電容器與電池相同，都能用來貯存電能。它的優(yōu)勢在于充電速度快，幾分鐘就能充滿，并且可以重復使用幾萬次。但它存儲的電量不如電池多，還無法經(jīng)過存儲足夠多的電能在日子里派上大用場。
“這是咱們現(xiàn)已做好的改性石墨烯配成的漿料，下一步咱們就把這些漿料經(jīng)過涂布機涂到鋁箔上，成為咱們石墨烯電容器所用的正極?！敝袊娍?8所化學與物理電源技能特種科技要點實驗室常務副主任丁飛博士說，電容資料對電容器的功能有著至關重要的影響。經(jīng)過對石墨烯資料進一步改性研討，科研人員正在讓電容器的儲電才能一步一步向電池挨近，而一起它具有的超快充電速度，可以為人們的日子帶來更多的便利?！霸蹅冋谧龅母男允╇娙萜?，可以幾分鐘充滿，其能量密度有望在一段時間之后，接近現(xiàn)有鋰電池的能量密度?！?/p>
能量密度是指在一定空間或質量的物質中貯存能量的巨細，能量密度越高，就表示這種物質的儲電才能越強。據(jù)丁飛介紹，現(xiàn)在他們所研發(fā)的改性石墨烯電容器的樣品，能量密度已達到傳統(tǒng)電容器的3倍以上。盡管還處于實驗室研討階段，但是石墨烯資料的強壯才能讓研發(fā)團隊看到改性石墨烯電容器使用的寬廣前景。
未來，當充電設施越來越完善時，電動汽車使用石墨烯電池，可能花兩三分鐘就可以把電充滿。
中國電科55所所長、微波毫米波單片集成和模塊電路要點實驗室主任高濤以為，即使在實驗室條件下，石墨烯的神奇功能依然沒有完全釋放出來。一起，技能層面還存在著不少挑戰(zhàn)，真正大面積使用還有很長的路要走。但經(jīng)過加強需求和研討的結合，不斷在石墨烯資料的制備和器材研發(fā)方面取得重要突破，石墨烯這種新一代戰(zhàn)略性新興資料將會極大改動人們的日子。
浙江大學利用石墨烯制成的“碳海綿”很輕，很容易被玻璃棒上的靜電吸附。龍巍攝
石墨烯是什么？現(xiàn)在世界上最薄最輕最強的資料，硬度比最強的鋼鐵還要強100倍
和金剛石相同，石墨是碳元素的一種存在形式。不同的是，由于原子結構不同，金剛石是地球上最堅硬的東西，石墨則是最軟的礦藏之一，常做成石墨棒和鉛筆芯。石墨烯便是從石墨資猜中剝離出來的，只由一層碳原子在平面上構成?？梢哉f，石墨烯的特點之一便是薄，堪稱現(xiàn)在世界上最薄的資料，只要一個原子那么厚，約0.3納米，是一張A4紙厚度的十萬分之一，頭發(fā)絲的五十萬分之一。一起，它又能導電，電子在石墨烯中的運動速度達1000千米/秒，是光速的1/300。輕薄、強韌、導電、導熱……石墨烯這些特性賦予人們許多幻想空間。
中國電科55所微波毫米波單片集成和模塊電路要點實驗室副主任孔月嬋博士介紹說，石墨烯的硬度十分強，比現(xiàn)在最強的鋼鐵還要強100倍；石墨烯的電子運行速度也十分高，是硅的10倍，十分合適發(fā)展下一代超高頻電子器材。此外，石墨烯仍是傳導熱量的高手，比最能導熱的金屬銀還要強10倍。
石墨烯的特性，也體現(xiàn)得很“好玩”。比如當一滴水在石墨烯外表滾動時，石墨烯能敏銳地“覺察”到纖細的運動，并產(chǎn)生持續(xù)的電流。這種特性給科學家們提供了一種新思路來從水的活動中獲取電能?！笆┛梢詫蝹€電子進行感應，帶電粒子在石墨烯外表的移動可引起石墨烯內電子的快速移動，完成傳感和發(fā)電進程。”浙江大學信息電子工程學院副教授林時勝介紹說，石墨烯的這一特性在動力與電子傳感方面可以有許多使用，比如在雨天可以用涂有石墨烯的雨傘來進行發(fā)電，或許可以做成靈敏的傳感器材等。正是這些全面的功能，讓石墨烯受到了史無前例的重視，一些人乃至開端預言，石墨烯的呈現(xiàn)將引領一場由資料前進而引發(fā)的工業(yè)革命。
石墨烯的獲取辦法世界上第一次得到單層石墨烯，是靠透明膠“粘”出來的
人們第一次獲取到石墨烯，用的是“簡略粗暴”的辦法。石墨烯自身存在于自然界。石墨烯是一層碳原子形成的薄片，原子之間形成一個六角形的環(huán)，環(huán)環(huán)相連形成蜂窩狀的平面。它一層層疊起來便是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層到幾十層石墨烯。此前，碳的這種二維結構形式一直存在于人們的猜想中，只是難以剝離出單層結構。要害的難題，便是怎樣讓石墨分層到極薄的薄片。許多人在學生時代也都有這樣的閱歷，當在紙上寫錯字的時候，就會用透明膠帶，把錯字粘掉。但誰也沒有想到，便是這樣一個簡略的辦法，讓人們發(fā)現(xiàn)了奧秘的石墨烯。
制造石墨烯，簡略說便是要把石墨變薄，不能靠切，不能靠磨，而要靠粘。2004年，英國曼徹斯特大學的海姆和諾沃肖洛夫，用透明膠將一塊石墨片重復張貼與撕開，石墨片的厚度逐步減小，終究形成了厚度只要0.335納米的石墨烯，也便是只要一個原子厚度的石墨烯。這是世界上第一次得到單層的石墨烯，兩位科學家因而獲得了2010年度諾貝爾物理學獎。
中國電科55所微波毫米波單片集成和模塊電路要點實驗室高級工程師吳云博士給記者做了演示。他把一小片石墨片粘在膠帶上面，然后對它進行交疊的撕拉。粘了半個小時后，膠帶上面現(xiàn)已布滿了灰色的石墨，然后再用膠帶把這些石墨轉移到了一塊干凈的硅片上。
吳云說，這時候看到的都不是石墨烯，因為石墨烯不只十分薄，并且透光度達到97%以上，幾乎完全透明，人的肉眼是根本看不到的，要找到它，還得經(jīng)過專用技能手段。但這現(xiàn)已是多層的石墨片，再經(jīng)過技能手段定位并確定層數(shù)，終究才能找到制作出的單層石墨烯。專家說，這只是開始生產(chǎn)石墨烯的辦法。膠帶紙張貼法演化而來的機械剝離法，只是實驗室制備石墨烯的一種辦法?，F(xiàn)在，跟著技能前進，高質量的石墨烯可以被更多地生產(chǎn)出來。
不久前，清華大學的研討團隊發(fā)布了一項“智能石墨烯人工喉”的創(chuàng)造，利用多孔石墨烯資料的優(yōu)勢，制造出一種收發(fā)同體、合適穿戴的集成聲學器材，有望在未來解決聾啞人的“說話”難題。在國際上，英國劍橋大學等組織的研討人員則陳述說，他們找到一種新辦法來“喚醒”石墨烯的超導性，“被喚醒”后的石墨烯可以用于制造超級計算機等。石墨烯，堪稱當時最熱的全新資料。在特種范疇，人們用“可貴的元素”描述輕得像空氣、堅硬得像鋼鐵的功能完美的資料。此前，鈦合金算是最接近這一品質的抱負之選，而“后起之秀”石墨烯則被以為向人類愿望的“可貴的元素”更近了一步。
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