钜大LARGE | 点击量：3623次 | 2019年06月20日
石墨烯能做什么？使用石墨烯材料，手机屏幕可以轻易曲折乃至折叠
石墨烯能做什么？使用石墨烯资料，手机屏幕可以轻易曲折乃至折叠
石墨烯的呈现，有望给咱们的日子带来惊喜。手机充电可以“秒充”，手机屏幕可以轻易曲折乃至折叠，汽车可以使用石墨烯导静电轮胎，避免冲突起电发作爆燃……从特种航天、电子信息到节能环保，利用石墨烯的特性，许多范畴很可能都会发作巨大的变化。
用石墨烯代替硅，可以前进电子芯片的功能。科研人员现在正把石墨烯的生产和使用引进半导体行业，石墨烯引发的技能革命很可能从咱们常见的小小芯片开端。电子芯片的根底资料是硅。然而，跟着芯片上元器材越来越密集，最高端的芯片上，两个元器材之间的距离现已不到10个纳米，几乎到达硅资料的极限。想要继续前进功能，该怎么办？科研人员开端尝试用石墨烯部分代替硅的作用。
“由石墨烯制作的器材，理论上频率可以达到硅的十倍乃至上百倍，可以在特种上使用，大幅前进特种的分辨率。并且在通讯、成像上都有比较广泛的使用。”孔月婵介绍说，并且，当时石墨烯的研发作产设备和普通半导体器材生产设备相同，现有的技能开发都可以根据成熟的设备和工艺，为后续的工程化研发奠定了根底。科研人员还在做另一件大事。他们让石墨烯附着在厚度只要50纳米的金箔上，然后用一套新的办法，把石墨烯完整地转移到柔软的塑料片上。
孔月婵说，石墨烯可以经过灵活的办法转移到任意科研人员希望的衬底上，比如电子器材上专用的一个塑料衬底，它具备柔性，也合适晶体管的制备进程。经过特别的石墨烯转移技能，将带有石墨烯的金箔附着在了塑料片上，以之为根底在这块塑料片上制备出具有一定功能的电子器材。最要害的是，这样的电子器材可以轻松曲折。未来无论是可以折叠的显现屏幕，仍是可以植入人体的可穿戴设备，都可能靠这样的石墨烯器材来完成。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
石墨烯另一个被寄予厚望的使用范畴是电能的贮存。在天津电源研讨所，这儿的科研人员正在开展最先进电容器的研讨。电容器与电池相同，都能用来贮存电能。它的优势在于充电速度快，几分钟就能充满，并且可以重复使用几万次。但它存储的电量不如电池多，还无法经过存储足够多的电能在日子里派上大用场。
“这是咱们现已做好的改性石墨烯配成的浆料，下一步咱们就把这些浆料经过涂布机涂到铝箔上，成为咱们石墨烯电容器所用的正极。”中国电科18所化学与物理电源技能特种科技要点实验室常务副主任丁飞博士说，电容资料对电容器的功能有着至关重要的影响。经过对石墨烯资料进一步改性研讨，科研人员正在让电容器的储电才能一步一步向电池挨近，而一起它具有的超快充电速度，可以为人们的日子带来更多的便利。“咱们正在做的改性石墨烯电容器，可以几分钟充满，其能量密度有望在一段时间之后，接近现有锂电池的能量密度。”
能量密度是指在一定空间或质量的物质中贮存能量的巨细，能量密度越高，就表示这种物质的储电才能越强。据丁飞介绍，现在他们所研发的改性石墨烯电容器的样品，能量密度已达到传统电容器的3倍以上。尽管还处于实验室研讨阶段，但是石墨烯资料的强壮才能让研发团队看到改性石墨烯电容器使用的宽广前景。
未来，当充电设施越来越完善时，电动汽车使用石墨烯电池，可能花两三分钟就可以把电充满。
中国电科55所所长、微波毫米波单片集成和模块电路要点实验室主任高涛以为，即使在实验室条件下，石墨烯的神奇功能依然没有完全释放出来。一起，技能层面还存在着不少挑战，真正大面积使用还有很长的路要走。但经过加强需求和研讨的结合，不断在石墨烯资料的制备和器材研发方面取得重要突破，石墨烯这种新一代战略性新兴资料将会极大改动人们的日子。
浙江大学利用石墨烯制成的“碳海绵”很轻，很容易被玻璃棒上的静电吸附。龙巍摄
石墨烯是什么？现在世界上最薄最轻最强的资料，硬度比最强的钢铁还要强100倍
和金刚石相同，石墨是碳元素的一种存在形式。不同的是，由于原子结构不同，金刚石是地球上最坚硬的东西，石墨则是最软的矿藏之一，常做成石墨棒和铅笔芯。石墨烯便是从石墨资猜中剥离出来的，只由一层碳原子在平面上构成。可以说，石墨烯的特点之一便是薄，堪称现在世界上最薄的资料，只要一个原子那么厚，约0.3纳米，是一张A4纸厚度的十万分之一，头发丝的五十万分之一。一起，它又能导电，电子在石墨烯中的运动速度达1000千米/秒，是光速的1/300。轻薄、强韧、导电、导热……石墨烯这些特性赋予人们许多幻想空间。
中国电科55所微波毫米波单片集成和模块电路要点实验室副主任孔月婵博士介绍说，石墨烯的硬度十分强，比现在最强的钢铁还要强100倍；石墨烯的电子运行速度也十分高，是硅的10倍，十分合适发展下一代超高频电子器材。此外，石墨烯仍是传导热量的高手，比最能导热的金属银还要强10倍。
石墨烯的特性，也体现得很“好玩”。比如当一滴水在石墨烯外表滚动时，石墨烯能敏锐地“觉察”到纤细的运动，并产生持续的电流。这种特性给科学家们提供了一种新思路来从水的活动中获取电能。“石墨烯可以对单个电子进行感应，带电粒子在石墨烯外表的移动可引起石墨烯内电子的快速移动，完成传感和发电进程。”浙江大学信息电子工程学院副教授林时胜介绍说，石墨烯的这一特性在动力与电子传感方面可以有许多使用，比如在雨天可以用涂有石墨烯的雨伞来进行发电，或许可以做成灵敏的传感器材等。正是这些全面的功能，让石墨烯受到了史无前例的重视，一些人乃至开端预言，石墨烯的呈现将引领一场由资料前进而引发的工业革命。
石墨烯的获取办法世界上第一次得到单层石墨烯，是靠透明胶“粘”出来的
人们第一次获取到石墨烯，用的是“简略粗暴”的办法。石墨烯自身存在于自然界。石墨烯是一层碳原子形成的薄片，原子之间形成一个六角形的环，环环相连形成蜂窝状的平面。它一层层叠起来便是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层到几十层石墨烯。此前，碳的这种二维结构形式一直存在于人们的猜想中，只是难以剥离出单层结构。要害的难题，便是怎样让石墨分层到极薄的薄片。许多人在学生时代也都有这样的阅历，当在纸上写错字的时候，就会用透明胶带，把错字粘掉。但谁也没有想到，便是这样一个简略的办法，让人们发现了奥秘的石墨烯。
制造石墨烯，简略说便是要把石墨变薄，不能靠切，不能靠磨，而要靠粘。2004年，英国曼彻斯特大学的海姆和诺沃肖洛夫，用透明胶将一块石墨片重复张贴与撕开，石墨片的厚度逐步减小，终究形成了厚度只要0.335纳米的石墨烯，也便是只要一个原子厚度的石墨烯。这是世界上第一次得到单层的石墨烯，两位科学家因而获得了2010年度诺贝尔物理学奖。
中国电科55所微波毫米波单片集成和模块电路要点实验室高级工程师吴云博士给记者做了演示。他把一小片石墨片粘在胶带上面，然后对它进行交叠的撕拉。粘了半个小时后，胶带上面现已布满了灰色的石墨，然后再用胶带把这些石墨转移到了一块干净的硅片上。
吴云说，这时候看到的都不是石墨烯，因为石墨烯不只十分薄，并且透光度达到97%以上，几乎完全透明，人的肉眼是根本看不到的，要找到它，还得经过专用技能手段。但这现已是多层的石墨片，再经过技能手段定位并确定层数，终究才能找到制作出的单层石墨烯。专家说，这只是开始生产石墨烯的办法。胶带纸张贴法演化而来的机械剥离法，只是实验室制备石墨烯的一种办法。现在，跟着技能前进，高质量的石墨烯可以被更多地生产出来。
不久前，清华大学的研讨团队发布了一项“智能石墨烯人工喉”的创造，利用多孔石墨烯资料的优势，制造出一种收发同体、合适穿戴的集成声学器材，有望在未来解决聋哑人的“说话”难题。在国际上，英国剑桥大学等组织的研讨人员则陈述说，他们找到一种新办法来“唤醒”石墨烯的超导性，“被唤醒”后的石墨烯可以用于制造超级计算机等。石墨烯，堪称当时最热的全新资料。在特种范畴，人们用“可贵的元素”描述轻得像空气、坚硬得像钢铁的功能完美的资料。此前，钛合金算是最接近这一品质的抱负之选，而“后起之秀”石墨烯则被以为向人类愿望的“可贵的元素”更近了一步。
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