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最強、最硬、最薄的奈米材料,廣泛應用帶來的發展前景

簡介2.電子資訊產業的應用:因為它有著很高的載流子遷移率(即載流子在電場作用下運動速度快慢的量度),電子在石墨烯中的執行速度能夠達到光速的三百分之一,因此未來可能取代現在的矽成為處理器的主要基質,並且將直接解決計算機處理器執行時產生的高溫問題,

奈米材料和塑膠一樣嗎

最強、最硬、最薄的奈米材料,廣泛應用帶來的發展前景

這個世界上存在著一種最薄卻也是最堅硬的奈米材料 ,而且幾乎是完全透明的。它不但可以用來開發製造紙片一樣的超輕型飛機材料,還能做出超堅韌的防彈衣

那就是——石墨烯。

最強、最硬、最薄的奈米材料,廣泛應用帶來的發展前景

強大的優點

1.強度:

石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料。其強度達到什麼樣的地步呢?如果用石墨烯製成厚度相當於普通食品塑膠包裝袋厚度的薄膜(厚度約0。00001釐米),那麼它會能承受大約兩噸重物品的壓力,而不至於斷裂!

一個保鮮膜的厚度就能承受一輛汽車的重量,會有這種超高強度是因為石墨(由石墨烯一層一層摞起來的)是礦物質中最軟的,但被分離成一個碳原子厚度的石墨烯後,效能就發生突變,其硬度比鑽石、金剛石還要高,但卻又擁有很好的韌性,且可以彎曲。想象一下,未來的超級防彈衣將可能變成影視作品中類似的防護盾。

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2.電子資訊產業的應用:

因為它有著很高的載流子遷移率(即載流子在電場作用下運動速度快慢的量度),電子在石墨烯中的執行速度能夠達到光速的三百分之一,因此未來可能取代現在的矽成為處理器的主要基質,並且將直接解決計算機處理器執行時產生的高溫問題,因為它只會產生很少的熱量。

因為透光性好,能摺疊,強度也大,粗略估計一下,一根頭髮絲的直徑,大概等於十萬層石墨烯疊加起來的厚度,所以用肉眼是看不見它的。它自身只吸收約2。3%的光,能夠做到幾乎完全透光,讓觸控式螢幕亮度更好,而且耐摔(曲面和摺疊屏默默的點個贊)

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3.提升電池效能:

石墨類碳材料目前已經成為最主流的負極材料,石墨烯作為一種從石墨中分離出來的新型材料,加入到鋰離子電池中能夠大幅提高導電性。並且充電效率也會大幅提高,用其製成的超級電容器能夠在幾秒鐘內完成充電,其容量能夠達到幾百甚至上千法拉;具有容量大、功率高、使用壽命長等特點。未來在數碼裝置、移動裝置、新能源汽車等領域都有著廣泛的應用價值。

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4.淡化海水:

是的,你沒看錯,這玩意確實可以淡化海水,效能甚至超過了現在所有的海水淡化技術,而且研究表明:如果能與水分子分解發電技術結合,那麼水和電資源將不在是人類的煩惱。

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5

生物醫學領域:

目前已研究發現,石墨烯可以防止病原菌、對神經幹細胞的增殖起到促進作用、單層石墨烯薄膜通電後,能散發出遠紅外波長,與人體遠紅外波長高度契合、此外還可以用於藥物和基因遞送以及癌細胞成像等。

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發展歷程

石墨烯並不是人工合成的材料,它是本身就存在於自然界當中,將其一層層疊起來就是石墨(就是我們平時用的鉛筆芯,這麼說起來,碳元素真是神奇:三維是金剛石、二維是石墨、一維是碳奈米管、零維是富勒球。)如果我們用鉛筆在紙上輕輕劃過,那麼留下來的痕跡當中可能就有幾層甚至僅僅一層的石墨烯。雖說石墨烯是從石墨中剝離出來的,但是在厚度上石墨片會比石墨烯要厚得多,石墨片都會有一個碳原子厚度的單層,而這個單層就是石墨烯。

最強、最硬、最薄的奈米材料,廣泛應用帶來的發展前景

2004年,英國曼徹斯特大學的兩位科學家用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片:他們首先從高定向熱解石墨中剝離出石墨片,然後將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上,撕開膠帶,就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作,於是薄片越來越薄,最後,他們得到了僅由一層碳原子構成的薄片,這就是石墨烯。

2009年蓋姆、諾沃肖洛夫兩位科學家分別發現了整數量子霍爾效應及常溫條件下的量子霍爾效應,他們也因此獲得2010年度諾貝爾物理學獎,從此單層石墨烯開始能夠在實驗中被製備出來。

2011年4月7日IBM向媒體展示了其最快的石墨烯電晶體,該產品每秒能執行1550億個迴圈操作,比之前的試驗用電晶體快50%。

2012年8月,諾基亞的研發部門已經在著手研究石墨烯光電感測器。

2012年底,200mm×200mm大尺寸的石墨烯膜成功製備出來,各項效能檢測結果均優異!這次尺寸上的突破,標誌著石墨烯膜工程化製備的開端。

2013年3月,浙江大學高分子系高超教授的課題組製備出了一種超輕氣凝膠――它重新整理了世界上最輕材料的紀錄,彈性和吸油能力令人驚喜。

2017年5月,北京市與中國航發設立石墨烯技術研究院,註冊資金10億元。

2018年6月27日,中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟釋出新制訂的團體標準《含有石墨烯材料的產品命名指南》。這項標準規定了石墨烯材料相關新產品的命名方法。

最強、最硬、最薄的奈米材料,廣泛應用帶來的發展前景

潛在價值

近年來,石墨烯研發成果轉化與產業化發展迅速。截至目前,相當數量的研發專案已經順利完成,並進入商業化準備期。公開資料顯示,目前全球石墨烯年產能已達到百噸級,業內預計,未來5-10年,石墨烯年產能將達到千噸級。到2020年,石墨烯產業化規模將取得突破,並達到千億級別。其中,新能源市場規模將突破534億元,複合材料市場規模將突破372億元,電子資訊行業市場規模將突破267億元。

值得注意的是,雖然我國石墨烯產業起步相對較晚,但2010年後發展迅速,目前在主要研究領域均有涉及,整體接近國外先進水平,部分領域領先並掌握了自主智慧財產權。從中央到地方的政策支援,以及資本市場的熱捧,都為我國石墨烯產業發展創造了良好的發展環境。

因此,如果想要投資的話,石墨烯相關的製造業是個不錯的選擇。

(本文完)

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