未来石墨烯材料的发展(石墨烯新材料之王)(1)

石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜,人们发现,石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性,它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。

石墨烯<Graphene>是一种由碳原子组成的六边型的二维薄膜,仅为一个碳原子的厚度,排列结构和蜂巢的切面类似。

未来石墨烯材料的发展(石墨烯新材料之王)(2)

在石墨烯中,电子能够极为高效地迁移,而传统的半导体和导体,例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞,传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量,石墨烯则不同,它的电子能量不会被损耗,这使它具有了以下的特性:

石墨烯制造方法:

目前生产石墨烯薄膜最有效的方法是气相沉积法<CVD>,即使用含碳有机气体为原料进行气相沉积制得石墨烯薄膜的方法。这种方法制备的石墨烯具有面积大和质量高的特点,但现阶段成本较高,制作工艺还需进一步提高。由于石墨烯薄膜的厚度很薄,因此大面积的石墨烯薄膜无法单独使用,必须附着在器件设备表面,才有使用价值,例如触摸屏、导电材料表面等。

石墨烯最有潜力的应用场景是成为硅化物的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将会有数百倍的提升。

另外,石墨烯几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常致密,即使是最小的气体原子(氢原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料,如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”。

未来石墨烯材料的发展(石墨烯新材料之王)(3)

石墨烯的十大用途:

(1)制造下一代超级计算机。石墨烯是目前已知导电性能最好的材料,这种特性尤其适合于高频电路,石墨烯将是硅的替代品,可用来生产未来的超级计算机,使电脑运行速度更快、能耗降低。

(2)制造“太空电梯”的缆线。科学家幻想将来太空卫星要用缆线与地面联接起来,那时卫星就成了有线的风筝,科学家现在终于找到了可以制造这种太空缆线的特殊材料,这就是石墨烯。

(3)可作为液晶显示材料。石墨烯是一种“透明”的导体,可以用来替代现在的液晶显示材料,用于生产下一代电脑、电视、手机的显示屏。

(4)制造新一代太阳能电池。石墨烯透明导电膜对于包括中远红外线在内的所有红外线的高透明性,是转换效率非常高的新一代太阳能电池最理想材料。

(5)制造光子传感器。去年10月,IBM的一个研究小组首次展示了他们研制的石墨烯光电探测器。

(6)制造医用消毒品和食品包装。中国科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长,而人类细胞却不会受损。利用石墨烯的这一特性可以制作绷带,食品包装,也可生产抗菌服装、床上用品等。

(7)创制“新型超强材料”。石墨烯与塑料复合,可以凭借韧性,兼具超薄、超柔和超轻特性,是下一代新型塑料。

(8)石墨烯适合制作透明触摸屏、透光板。

(9)制造晶体管集成电路。石墨烯可取代硅成为下一代超高频率晶体管的基础材料,而广泛应用于高性能集成电路和新型纳米电子器件中。

(10)制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣,具有军事用途。

从表面化学的角度来看,石墨烯的性质类似于石墨,可利用石墨来推测石墨烯的性质。石墨烯化学可能有许多潜在的应用。

新型石墨烯电池实验阶段的成功,无疑将成为电池产业的一个新的发展点。电池技术是电动汽车、手机产业,大力推广和发展的最大瓶颈。

然而目前的电池产业正处于铅酸电池和锂电池发展均遇瓶颈的阶段,石墨烯储能设备的研制成功后,若能批量生产,则将为电池产业乃至电动车、手机产业带来新的变革。

对于石墨烯还有哪些应用场景,欢迎说说你的想法!

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