钜大LARGE | 点击量：1877次 | 2019年06月27日
石墨烯能做什么？
石墨烯能做什么？运用石墨烯资料，手机屏幕能够容易曲折甚至折叠
石墨烯的出现，有望给咱们的日子带来惊喜。手机充电能够“秒充”，手机屏幕能够容易曲折甚至折叠，汽车能够运用石墨烯导静电轮胎，防止摩擦起电发生爆燃……从特种航天、电子信息到节能环保，使用石墨烯的特性，很多领域很或许都会发生巨大的变化。
用石墨烯替代硅，能够进步电子芯片的功能。科研人员现在正把石墨烯的出产和运用引进半导体行业，石墨烯引发的技能革命很或许从咱们常见的小小芯片开端。电子芯片的基础资料是硅。然而，随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，几乎抵达硅资料的极限。想要继续进步功能，该怎么办？科研人员开端尝试用石墨烯部分替代硅的作用。
“由石墨烯制作的器材，理论上频率能够到达硅的十倍甚至上百倍，能够在特种上运用，大幅进步特种的分辨率。并且在通讯、成像上都有比较广泛的运用。”孔月婵介绍说，并且，当时石墨烯的研发出产设备和普通半导体器材出产设备一样，现有的技能开发都能够基于老练的设备和工艺，为后续的工程化研发奠定了基础。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，把石墨烯完整地搬运到柔软的塑料片上。
孔月婵说，石墨烯能够经过灵活的办法搬运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，它具有柔性，也合适晶体管的制备过程。经过特别的石墨烯搬运技能，将带有石墨烯的金箔附着在了塑料片上，以之为基础在这块塑料片上制备出具有必定功能的电子器材。最要害的是，这样的电子器材能够轻松曲折。未来无论是能够折叠的显示屏幕，还是能够植入人体的可穿戴设备，都或许靠这样的石墨烯器材来实现。
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运用领域是电能的贮存。在天津电源研讨所，这里的科研人员正在开展最先进电容器的研讨。电容器与电池一样，都能用来贮存电能。它的优势在于充电速度快，几分钟就能充溢，并且能够重复运用几万次。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靠拢，而一起它具有的超快充电速度，能够为人们的日子带来更多的便当。“咱们正在做的改性石墨烯电容器，能够几分钟充溢，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。”
能量密度是指在必定空间或质量的物质中贮存能量的大小，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，能量密度已到达传统电容器的3倍以上。虽然还处于实验室研讨阶段，但是石墨烯资料的强大才能让研发团队看到改性石墨烯电容器运用的宽广前景。
未来，当充电设施越来越完善时，电动汽车运用石墨烯电池，或许花两三分钟就能够把电充溢。
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认为，即使在实验室条件下，石墨烯的奇特功能依然没有彻底释放出来。一起，技能层面还存在着不少挑战，真正大面积运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获得重要突破，石墨烯这种新一代战略性新式资料将会极大改变人们的日子。
浙江大学使用石墨烯制成的“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
和金刚石一样，石墨是碳元素的一种存在方式。不同的是，由于原子结构不同，金刚石是地球上最坚固的东西，石墨则是最软的矿物之一，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。能够说，石墨烯的特色之一便是薄，可谓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很多幻想空间。
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；石墨烯的电子运转速度也十分高，是硅的10倍，十分合适发展下一代超高频电子器材。此外，石墨烯还是传导热量的高手，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”到细微的运动，并发生持续的电流。这种特性给科学家们供给了一种新思路来从水的活动中获取电能。“石墨烯能够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，实现传感和发电过程。”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能够有很多运用，比如在雨天能够用涂有石墨烯的雨伞来进行发电，或者能够做成活络的传感器材等。正是这些全面的功能，让石墨烯受到了史无前例的重视，一些人甚至开端预言，石墨烯的出现将引领一场由资料进步而引发的工业革命。
石墨烯的获取办法世界上第一次得到单层石墨烯，是靠通明胶“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。石墨烯本身存在于自然界。石墨烯是一层碳原子构成的薄片，原子之间构成一个六角形的环，环环相连构成蜂窝状的平面。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。铅笔在纸上悄悄划过，留下的痕迹就或许是几层到几十层石墨烯。此前，碳的这种二维结构方式一直存在于人们的猜测中，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。许多人在学生年代也都有这样的经历，当在纸上写错字的时候，就会用通明胶带，把错字粘掉。但谁也没有想到，便是这样一个简略的办法，让人们发现了神秘的石墨烯。
制作石墨烯，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，用通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，最终构成了厚度只要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搬运到了一块洁净的硅片上。
吴云说，这时候看到的都不是石墨烯，由于石墨烯不仅十分薄，并且透光度到达97%以上，几乎彻底通明，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认层数，最终才能找到制作出的单层石墨烯。专家说，这只是最初出产石墨烯的办法。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，随着技能进步，高质量的石墨烯能够被更多地出产出来。
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，使用多孔石墨烯资料的优势，制作出一种收发同体、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报告说，他们找到一种新办法来“唤醒”石墨烯的超导性，“被唤醒”后的石墨烯能够用于制作超级计算机等。石墨烯，可谓当时最热的全新资料。在特种领域，人们用“难得的元素”描述轻得像空气、坚固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”石墨烯则被认为向人类梦想的“难得的元素”更近了一步。
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