石墨烯:神奇的“新材料之王”

    點擊數:13312020-10-13 00:00:00 來源: 青島昊鑫新能源科技有限公司——石墨烯粉|碳納米管導電劑|導電劑|石墨烯導電劑|

    新聞摘要:有沒有這樣一款堅韌的薄膜,它能以一支鉛筆尖的承受面,撐住一頭大象的重量,而不會被戳破?

    有沒有這樣一款堅韌的薄膜,它能以一支鉛筆尖的承受面,撐住一頭大象的重量,而不會被戳破?石墨烯可以做到。這種神奇的材料究竟是如何“煉成”的——經濟日報記者近日走進“首都科學講堂”,為您一探究竟。


    近日,在北京市科協主辦、九三學社北京市委特別支持的第667期“首都科學講堂”上,中國科學院院士、北京石墨烯研究院院長劉忠范與北京石墨烯研究院副院長、石墨烯器件技術研究部部長魏迪,向公眾介紹了石墨烯——這款曾獲得2010年諾貝爾獎的明星材料。


    透明膠帶撕出來的諾貝爾獎


    石墨烯原本就存在于自然界,只是難以剝離出單層結構。1毫米厚的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過,留下的痕跡可能就是幾層石墨烯——它是由一層碳原子以六角形蜂巢結構周期性緊密堆積構成的二維碳材料。人們很早就發現了石墨,但直到2004年才發現石墨烯。這是因為,早在70多年前的理論研究表明,完美的二維結構晶體無法在非絕對零度的環境中穩定存在。


    2004年,兩位英國科學家用一種非常簡單的實驗方法突破了原有理論認知。他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片,然后將薄片的兩面粘在一種特殊膠帶上,撕開膠帶,就能把石墨片一分為二。不斷這樣操作,薄片越來越薄,最后得到了僅由一層碳原子構成的薄片——這就是石墨烯。理論上雖不可能成功,實驗中卻偏偏被制備出來了。這個發現立即震撼了科學界,兩位發現者共同獲得了2010年諾貝爾物理學獎。


    “大家經常講,石墨烯這個諾貝爾獎是用透明膠帶撕出來的。實際上,我們不能小瞧這么一個簡單但重要的發現。”劉忠范說,對于科學研究來說,像這兩位科學家那樣勇于探索、大膽嘗試極其重要。


    石墨烯具有很多神奇性能,因此號稱“新材料之王”:它是最薄的材料,因為它僅有一個原子層;它是強度最大的材料,理論上強度比鋼強韌200倍;它是導電性最好的材料,電導率是銀的1.6倍;它是導熱性最好的材料,熱導率是銅的13倍。


    劉忠范介紹,石墨烯是強度最高的材料之一,同時還具有很好的韌性,可以彎曲,又具備超強導熱性與導電性,這讓它的應用前景十分廣闊——它可以做觸摸屏,因為它是透明導電薄膜;也可以用作超快集成電路,因為它里面的電子跑得非常快,室溫下電子遷移率超過硅材料10倍;它是輕質高強材料,在航空航天領域具有非常廣闊的應用前景;它的電磁屏蔽性質,也可以被利用制作隱形飛機、隱身材料……


    它,還可能產生一些類似于科幻電影場景的酷炫應用。


    “石墨烯的酷炫應用是基于其酷炫材料性能。它有超高載流子遷移率,能讓電子跑得非常快。如果說,常用導電材料是高速路上行駛的汽車,石墨烯就是一輛超跑。”魏迪說,這個性能讓它可以用作智能夜視眼鏡這類的酷炫裝備。


    人體能發射遠紅外光,由于石墨烯具有超高載流子遷移率,遠紅外光投射到它表面后產生的電子可以被迅速采集。這樣一來,戴上用石墨烯鏡片制成的眼鏡就可以看到夜里的一切,還可以采集使用者本身的血糖、腦電等生理數據。同時,由于石墨烯具備透光性,它還能作為顯示屏投射各種信息。當你外出旅行,它可以即時顯示路況、附近酒店、景點、餐館等服務信息。

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