这个世界上存在着一种最薄却也是最坚硬的纳米材料 ,而且几乎是完全透明的。它不但可以用来开发制造纸片一样的超轻型飞机材料,还能做出超坚韧的防弹衣。那就是——石墨烯。
强大的优点
1.强度:石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。其强度达到什么样的地步呢?如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜(厚度约0.00001厘米),那么它会能承受大约两吨重物品的压力,而不至于断裂!
一个保鲜膜的厚度就能承受一辆汽车的重量,会有这种超高强度是因为石墨(由石墨烯一层一层摞起来的)是矿物质中最软的,但被分离成一个碳原子厚度的石墨烯后,性能就发生突变,其硬度比钻石、金刚石还要高,但却又拥有很好的韧性,且可以弯曲。想象一下,未来的超级防弹衣将可能变成影视作品中类似的防护盾。
2.电子信息产业的应用:因为它有着很高的载流子迁移率(即载流子在电场作用下运动速度快慢的量度),电子在石墨烯中的运行速度能够达到光速的三百分之一,因此未来可能取代现在的硅成为处理器的主要基质,并且将直接解决计算机处理器运行时产生的高温问题,因为它只会产生很少的热量。
因为透光性好,能折叠,强度也大,粗略估计一下,一根头发丝的直径,大概等于十万层石墨烯叠加起来的厚度,所以用肉眼是看不见它的。它自身只吸收约2.3%的光,能够做到几乎完全透光,让触摸屏亮度更好,而且耐摔(曲面和折叠屏默默的点个赞)
3.提升电池性能:石墨类碳材料目前已经成为最主流的负极材料,石墨烯作为一种从石墨中分离出来的新型材料,加入到锂离子电池中能够大幅提高导电性。并且充电效率也会大幅提高,用其制成的超级电容器能够在几秒钟内完成充电,其容量能够达到几百甚至上千法拉;具有容量大、功率高、使用寿命长等特点。未来在数码设备、移动设备、新能源汽车等领域都有着广泛的应用价值。
4.淡化海水:是的,你没看错,这玩意确实可以淡化海水,性能甚至超过了现在所有的海水淡化技术,而且研究表明:如果能与水分子分解发电技术结合,那么水和电资源将不在是人类的烦恼。
5.生物医学领域:目前已研究发现,石墨烯可以防止病原菌、对神经干细胞的增殖起到促进作用、单层石墨烯薄膜通电后,能散发出远红外波长,与人体远红外波长高度契合、此外还可以用于药物和基因递送以及癌细胞成像等。
发展历程
石墨烯并不是人工合成的材料,它是本身就存在于自然界当中,将其一层层叠起来就是石墨(就是我们平时用的铅笔芯,这么说起来,碳元素真是神奇:三维是金刚石、二维是石墨、一维是碳纳米管、零维是富勒球。)如果我们用铅笔在纸上轻轻划过,那么留下来的痕迹当中可能就有几层甚至仅仅一层的石墨烯。虽说石墨烯是从石墨中剥离出来的,但是在厚度上石墨片会比石墨烯要厚得多,石墨片都会有一个碳原子厚度的单层,而这个单层就是石墨烯。
2004年,英国曼彻斯特大学的两位科学家用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片:他们首先从高定向热解石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。不断地这样操作,于是薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。
2009年盖姆、诺沃肖洛夫两位科学家分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应,他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖,从此单层石墨烯开始能够在实验中被制备出来。
2011年4月7日IBM向媒体展示了其最快的石墨烯晶体管,该产品每秒能执行1550亿个循环操作,比之前的试验用晶体管快50%。
2012年8月,诺基亚的研发部门已经在着手研究石墨烯光电传感器。
2012年底,200mm×200mm大尺寸的石墨烯膜成功制备出来,各项性能检测结果均优异!这次尺寸上的突破,标志着石墨烯膜工程化制备的开端。
2013年3月,浙江大学高分子系高超教授的课题组制备出了一种超轻气凝胶――它刷新了世界上最轻材料的纪录,弹性和吸油能力令人惊喜。
2017年5月,北京市与中国航发设立石墨烯技术研究院,注册资金10亿元。
2018年6月27日,中国石墨烯产业技术创新战略联盟发布新制订的团体标准《含有石墨烯材料的产品命名指南》。这项标准规定了石墨烯材料相关新产品的命名方法。
潜在价值
近年来,石墨烯研发成果转化与产业化发展迅速。截至目前,相当数量的研发项目已经顺利完成,并进入商业化准备期。公开数据显示,目前全球石墨烯年产能已达到百吨级,业内预计,未来5-10年,石墨烯年产能将达到千吨级。到2020年,石墨烯产业化规模将取得突破,并达到千亿级别。其中,新能源市场规模将突破534亿元,复合材料市场规模将突破372亿元,电子信息行业市场规模将突破267亿元。
值得注意的是,虽然我国石墨烯产业起步相对较晚,但2010年后发展迅速,目前在主要研究领域均有涉及,整体接近国外先进水平,部分领域领先并掌握了自主知识产权。从中央到地方的政策支持,以及资本市场的热捧,都为我国石墨烯产业发展创造了良好的发展环境。
因此,如果想要投资的话,石墨烯相关的制造业是个不错的选择。
(本文完)
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