石墨烯的現今發展
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自2010年石墨烯發現者獲得諾貝爾物理學獎後,全球就掀起了石墨烯研發熱潮,公眾對石墨烯新材料的熱捧,也導致了石墨烯產業虛火過旺,讓我們來了解一下石墨烯的發展情況。
一、什麼是石墨烯?
2004年,英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,成功從石墨中分離出石墨烯,證實它可以單獨存在,兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。
石墨烯(Graphene)是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。石墨烯既是最薄的材料,也是最強韌的材料,斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性,拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強度最高的材料,如果用一塊面積1平方米的石墨烯做成吊床,本身重量不足1毫克便可以承受一隻一千克的貓。
石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品,製造超微型晶體管,用來生產未來的超級計算機。用石墨烯取代硅,計算機處理器的運行速度將會快數百倍。另外,石墨烯幾乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常緻密,即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。這些特徵使得它非常適合作為透明電子產品的原料,如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板。
二、石墨烯現在及未來的發展方向。
對於石墨烯的應用,壹行研創始人厲俊介紹道,其主要有三大領域,一是電子領域,包括透明導電膜、柔性電子器件、感測器等;二是儲能領域,包括超級電容、太陽能電池等;三是傳統的賦能材料,使材料具有散熱、抗摩擦、抗腐蝕等性能。魏迪表示,當前,國內市場上包括服飾、塗料、複合材料、吸附潤滑產品以及石墨烯鋰電、石墨烯手機觸摸屏等,都代表著我國石墨烯的主流產品,但與國外相比仍然有所滯後。
「歐盟石墨烯旗艦計劃啟動了17個新的石墨烯研究項目,他們關注的是石墨烯的超級汽車、物聯網感測器、可穿戴設備和健康管理、數據通信、能源技術以及複合材料等前沿、未來的領域。」魏迪說。
在北京大學環境與能源工程學院副研究員肖勁松看來,我國石墨烯急需找到殺手鐧級的應用和特殊利用的市場,為此他建議我國要重新審視和評估石墨烯行業發展的方向和階段,避免方向性的錯誤和偏差,儘快研究制定我國石墨烯技術成熟路線圖。
另外,我國石墨烯行業的研究重點應該與國家重大戰略相一致,圍繞新一代信息技術、航空航天設備、新能源等領域進行前瞻性布局。
三、石墨烯的最新發展。
石墨烯將成為太陽能制氫的新希望。
新的研究結果表明,當新材料被陽光照射時,材料傳導質子的速度會增加。被稱為"光質子"的效應可被用來設計能夠直接收穫太陽能來生產氫氣的裝置。這種材料的其他應用也可能引起人們的興趣,如光誘導水分解,光催化和製造新型高效光電探測器世界各地的科學家正在忙著研究如何通過模仿植物的光合作用直接利用太陽能生產可再生燃料(如氫)。這些人造"葉子"將需要多功能的膜作為核心部件,這種膜需要滿足電子傳導性,氣體滲透性,機械堅固性和光學透明度。目前,研究人員使用質子和電子導電聚合物的混合物來製造這種結構,但這需要通過使用石墨烯來避免一些性能的妥協。光電探測器通常收集光線以產生電力,但石墨烯膜產生電力,並且副產品為氫氣。它們在微秒範圍內響應光子,比大多數商業光電二極體快。
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