【石墨烯的十大功效】石墨烯的十大用途

2019-12-28 - 石墨烯

  石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种,还非常牢固坚硬;作为单质,它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。

  石墨烯出现在实验室中是在2004年,当时,英国的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃塞洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。

【石墨烯的十大功效】石墨烯的十大用途
【石墨烯的十大功效】石墨烯的十大用途

不断地这样操作,于是薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。这以后,制备石墨烯的新方法层出不穷,经过5年的发展,人们发现,将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。

【石墨烯的十大功效】石墨烯的十大用途
【石墨烯的十大功效】石墨烯的十大用途

石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜,人们发现,石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性,它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中,电子能够极为高效地迁移,而传统的半导体和导体,例如铜和硅远没有石墨烯表现得好。

【石墨烯的十大功效】石墨烯的十大用途
【石墨烯的十大功效】石墨烯的十大用途

由于电子和原子的碰撞,传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量,目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了70%-80%的电能,石墨烯则不同,它的电子能量不会被损耗,这使它具有了非同寻常的优良特性。

石墨烯特性:

   石墨烯是一种二维晶体,最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300,远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子,或更准确地,应称为“载荷子”(electriccharge carrier),的性质和相对论性的中微子非常相似。

石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质,结构非常稳定。其完美的晶格结构,常被误认为很僵硬,但事实并非如此。石墨烯各个碳原子间的连接非常柔韧,当施加外部机械力时,碳原子面就弯曲变形。这样,碳原子就不需要重新排列来适应外力,这也就保证了石墨烯结构的稳定,使得石墨烯比金刚石还坚硬,同时可以像拉橡胶一样进行拉伸。

这种稳定的晶格结构还使石墨烯具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时,不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于其原子间作用力非常强,在常温下,即使周围碳原子发生挤撞,石墨烯中的电子受到的干扰也非常小。

   基于它的化学结构,石墨烯具有许多独特的物理化学性质,如高比表面积、高导电性、机械强度高、易于修饰及大规模生产等。

石墨烯用途:

1、制造下一代超级计算机。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,石墨烯将是硅的替代品,可用来生产未来的超级计算机,使电脑运行速度更快、能耗降低。    2、制造“太空电梯”的缆线。科学家幻想将来太空卫星要用缆线与地面联接起来,那时卫星就成了有线的风筝,科学家现在终于找到了可以制造这种太空缆线的特殊材料,这就是石墨烯。

3、可作为液晶显示材料。石墨烯是一种“透明”的导体,可以用来替代现在的液晶显示材料,用于生产下一代电脑、电视、手机的显示屏。

4、制造新一代太阳能电池。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的高透明性,是转换效率非常高的新一代太阳能电池最理想材料。

5、制造光子传感器。去年10月,IBM的一个研究小组首次展示了他们研制的石墨烯光电探测器。

6、制造医用消毒品和食品包装。中国科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长,而人类细胞却不会受损。利用石墨烯的这一特性可以制作绷带,食品包装,也可生产抗菌服装、床上用品等。

7、创制“新型超强材料”。石墨烯与塑料复合,可以凭借韧性,兼具超薄、超柔和超轻特性,是下一代新型塑料。

8、石墨烯适合制作透明触摸屏、透光板。

9、制造晶体管集成电路。石墨烯可取代硅成为下一代超高频率晶体管的基础材料,而广泛应用于高性能集成电路和新型纳米电子器件中。    10、制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣,具有军事用途。

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