中文

石墨烯尽现“王者之风” 8大应用领域大显身手

  • 来源:搜狐网
  • 阅读量:707
  • 时间:2016-12-23 16:24:00

 

 

 

 [导读] 石墨烯是目前世上最薄却、最坚硬的纳米材料,它具有极好的导电性和传热性,同时不失弹性。目前,石墨烯已经被广泛应用于在电子、航天军工、新能源新材料等领域,未来将延伸至更广阔的领域。

  石墨烯是目前世上最薄却、最坚硬的纳米材料,它具有极好的导电性和传热性,同时不失弹性。目前,石墨烯已经被广泛应用于在电子、航天军工、新能源新材料等领域,未来将延伸至更广阔的领域。

  如今,石墨烯被公认为“彻底改变21世纪的新材料”,世界各国科研人员都在竭尽所能进行研发工作,希望发现更多新兴应用领域。那么,作为“新材料之王”的石墨烯有哪些应用呢?

  1.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。因此,石墨烯被认为是硅的替代品,可制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机。据称,石墨烯制造的计算机处理器运行速度将会快数百倍,且能耗更低。

  这并非空想,今年年初,中国科学院上海微系统与信息技术研究所在石墨烯研究中取得新进展:采用铜蒸气辅助,采用Cu-Ni合金在国际上首次报道了1.5英寸石墨烯单晶的超快生长,论文于2月24日在Nature Material上发布同时研究论文于2月24日在small 上在线发表。

  2.“太空电梯”缆线

  将太空卫星用缆线与地面联接起来,一直都是科学家们的梦想。但实现这一构想并不容易,缆线就是最大的问题之一。时至今日,终于出现了可以制造这种太空缆线的特殊材料,这就是石墨烯。

  美国研究人员称,“太空电梯”的最大障碍之一,就是如何制造出一根从地面连向太空卫星、长达23000英里并且足够强韧的缆。美国科学家证实,地球上强度最高的物质“石墨烯”完全适合用来制造太空电梯缆线。为了激励科学家发明出制造太空电梯缆线的坚韧材料,美国NASA此前还发出了400万美元的悬赏。

  3.智能服装

  石墨烯的重要特点就是它的导热、导电性。现在市面上已经出现了一些能够“发电”的衣物。这种智能纺织品中带有光伏材料或运动发电装置,当手机需要充电时,衣服就能充当移动电源补给电力,而石墨烯的导热性还能为人体提供红外理疗功能。

  目前,研究人员已经研发了带有石墨烯压力传感器和心率传感器的智能服装,它们可以采集人体的心率、血氧等生理健康数据。未来我们的衣服将会和手机之间通过蓝牙连接,不需要其他智能穿戴设备就能收集自己的健康情况。

  4.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都具有高透明性,是转换效率非常高的新一代太阳能电池最理想材料。而石墨烯优良的弹性和延展性也使它成为制造太阳能电池最理想的候选者。

  西班牙的一家光子科学研究所的研究表明,相比于硅,石墨烯能够更高效地进行光电转化。硅每吸收一个光子只能产生一个电流电子,而石墨烯能产生多个电子,但目前石墨烯太阳能电池依然处于理论阶段。

  5.医疗传感器

  AMBER 材料科研中心发现,如果将含有石墨烯的橡皮泥长度拉伸1%,那么电流就会调整5倍。非常小的机械变化都会产生巨大的电流变化。

  在对石墨烯橡皮泥进行的多项测试中,研究人员将这种符合材料分别放置在人的胸部和颈部,用来测量呼吸、脉搏和血压。研究结果表明,对于应变式传感器和压力传感器来说,这种复合材料拥有前所未有的灵敏度,是现有传感器的数百倍,未来有望应用于医疗传感器中。

  6.触控面板材料

  目前的触控常用材料是氧化铝铟锡,而石墨烯无论是在机械强度还是柔韧度方面,都要强于这种材料。用石墨烯制作的触控面板,不仅可以让触控层的柔韧度更好,也可以提升触控的手感。

  有研究人员表明,通过化学气相沉积法就可以制成大面积的、连续、透明和高导电率的石墨烯薄膜,这种薄膜的能量转率大约是铝氧化铟锡的二分之一。目前,已经有可穿戴设备开始考虑采用石墨烯触控层,可以想象,未来的触控世界有可能被石墨烯主宰。 

  7.航空航天材料

  航材院基于铝基石墨烯材料的研究,利用石墨烯高强、高模量的特性,以及航材院生产石墨烯粉末品质高、比表面积大和易于分散的特点,成功研制出700MPa级别以上的石墨烯铝基复合材料,以及弹性模量95GPa以上石墨烯铝基复合型材。

  航材院首创“石墨烯增强金属基纳米复合材料”,不但发明了一类具有优异性能的新型高端金属基纳米复合材料,该材料还将对未来航空航天器带来革命性变革。

  8.新型塑料包装

  当下塑料包装十分普及,但其防水性却比较差。有研究团队利用独有的工艺将单层石墨烯与塑料聚合物膜结合在一起。加入石墨烯的塑料防水性提升显著,实现了将水汽含量每天控制在 0.000030 g/ 以内。

  此外,混合石墨烯塑料包装延长了设备的保存期。基于加速老化实验的数据,研究人员认为那些用混合石墨烯塑料包裹的产品有保存 1 年的潜力,对比常规塑料效果显著。

  除了以上这些新型应用之外,石墨烯还被用于制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣等其他众多领域。可见,石墨烯不愧为“新材料之王”,相信随着技术的成熟,研究的深入,未来石墨烯应用将拓展至更为广阔的领域