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  • 1 # StevenHuang

    首先我們要了解什麼是石墨烯:

    石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯從前被認為是假設性的結構,無法單獨穩定存在,直至2004年,英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯,而證實它可以單獨存在,兩人也因「在二維石墨烯材料的開創性實驗」為由,共同獲得2010年諾貝爾物理學獎

    歐盟委員會於6月23日宣佈,歐洲最大的研發計劃之一的石墨烯旗艦專案規模將增長一倍,將有66家新的合作伙伴獲邀加入,歐洲石墨烯的科研實力將得到加強。

    據悉,上述新增的66家合作伙伴來自19個國家,其中白俄羅斯、保加利亞、捷克、愛沙尼亞、匈牙利和以色列是第一次加入該專案。值得注意的是,新增合作伙伴中超過三分之一是中小型企業,顯示出市場對石墨烯的興趣不斷增加。

    公開資料顯示,作為最薄、最堅硬、導電性最好而且擁有強大靈活性的奈米材料,石墨烯可廣泛應用於鋰離子電池、超級電容器及太陽能電池等儲能產品中。

    但上述人士表示,儘管目前國內石墨烯研發技術已經能夠做到部分產業化生產,但由於成本過高,市場需求不被看好,因此遲遲未有企業真正投產。“眼下要讓石墨烯真正進入電池領域,降低成本是關鍵。”

    解密石墨烯:為何能取代鋰電池?

    很多時候,技術的革命來自於材質,比如塑膠的發明,從方方面面改變了人們的生活。而在目前,石墨烯作為一種新材質,受到了極大的關注。實際上,石墨烯是碳的一個種類,具有超高強度、輕薄和可延展的特性,將能夠改變數碼產品的外觀、手感甚至使用形態。下面,我們就來詳細瞭解一下石墨烯材質到底有什麼過人之處。

    1.比鋼鐵還硬

    雖然LGGFlex可以自我修復輕微的劃傷,但仍未改變手機易損壞的缺點。不過,如果手機等數碼產品在未來能夠使用石墨烯作為外殼的話,則會變得堅若磐石。據美國化學學會的報告稱,石墨烯的硬度是鋼材的200倍,顯然具有非常強的耐用度。

    2.如橡膠般具有延展性

    哥倫比亞大學的研究人員表示,石墨烯具有一定的延展性,能夠伸展20%。也就是說,石墨烯實際上是一種柔性材質,與橡膠類似。三星公司一直在研究石墨烯電晶體,從而生產出柔性螢幕。另外,石墨烯也有一定的耐水性,有望應用在新一代的防水裝置上。

    3.輕薄特性

    石墨烯出色的延展性,還能夠讓其十分輕薄,足夠拉伸到薄到透明的程度。這就意味著,如果手機廠商可以使用這種材質,不僅能夠讓手機更耐用、防水,還可以變得更輕薄。

    4.令人難以置信的電池壽命

    我們曾經在電池技術發展類的文章中提到過石墨烯,它極有可能在未來取代鋰電池,成為新一代的電池標準。美國西北大學的研究人員已經成功研發出石墨烯和矽材質的電池,充電15分鐘可以實現約一週的續航能力,令人驚歎。顯然,如果未來手機可以使用石墨烯電池,那麼一週一充電將不再是夢想。

    5.與人類的身體互聯

    英國曼徹斯特大學的博士AravindVijayaraghavan發現,石墨烯具有與生物互聯的特點,這對健康檢測類可穿戴裝置具有非常積極的影響。使用石墨烯作為感測器,將可以監測和掃描人類的神經系統,可以想象,未來會出現“精神健康”類的監測裝置及應用。

    據《紐約時報》報道,石墨烯是一種神奇的材料,它具備顛覆當前所有電子裝置的潛質,是“材料的未來和電子行業的救命稻草”。報道稱,石墨烯是目前已知的硬度最高、最薄的材料。它由碳原子以特殊結構排列而成,比其他任何材料都具備更好的導熱、導電特性。更令人稱奇的是,它不僅是世界上最硬的材料,而且柔韌性也最強。厚度只有一層碳原子的石墨烯被稱為“奇蹟材料”。

    石墨烯可以變革電子行業,催生靈活多變的裝置、超動力的量子計算機、電子服裝及可與身體細胞交流的計算機。

    雖然石墨烯早在10年前就被發現,然而它在2010年才真正獲得關注。兩名曼徹斯特大學的物理學家因石墨烯實驗而獲得諾貝爾獎。最近,研究人員集中精力研究如何商業化生產石墨烯。

    2012年,美國化學學會稱石墨烯的強度是鋼鐵的200倍,它如此輕薄,以至於1盎司的石墨烯可以覆蓋28個足球場。中國科學家曾合成石墨烯氣凝膠,密度只有空氣的1/6;一立方英寸(約16.39立方厘米)的石墨烯氣凝膠放在一片草葉上,草葉不會變形。

    “石墨烯是世界上為數不多同時具備透明、導電和柔性三大屬性的材料。”曼徹斯特大學講師亞拉文博士(AravindVijayaraghavan說道,“這三種屬性很少能在同一個材料上出現。”

    石墨烯能做什麼?

    那麼我們可以用石墨烯來做什麼?物理學家和研究人員表示,由於石墨烯可以讓電子產品的螢幕更清晰且具備柔性特質,這些產品將比以往採用矽材料的裝置更薄、更快、更便宜。另外,續航時間長的電池也可具備防水效能。

    2011年,美國西北大學的研究人員以石墨烯和矽為原料製造電池,該大學表示這種電池可以讓手機“電池用上一週,每次充電只需15分鐘”。

    2012年,美國化學學會表示,石墨烯技術進步將使得“手機薄如紙張,能夠摺疊裝入口袋”。

    亞拉文博士正基於石墨烯研製一系列感測器,包括氣體感測器、生物感測器和光感測器,它們的體型比以往更小。

    上週,與南韓成均館大學合作的三星尖端技術研究所的研究人員稱,三星已找到在矽片上製造高質量石墨烯的方法。三星在宣告中表示,這些技術進步意味著公司可以開始製造“柔性顯示屏、可穿戴產品和其他下一代電子產品”。

    科技部落格Extremetech撰稿人塞巴斯蒂安安東尼(sebastiananthony)表示,三星的突破最終將成為“石墨烯商業化的救命稻草”。

    三星並不是唯一研究石墨烯的科技公司,IBM、諾基亞和SanDisk公司的研究人員都在嘗試用石墨烯材料創造新型感測器、電晶體和儲存器。

    石墨烯的未來

    當上述裝置真正擺到商店貨架時,它們的外形和體驗可能是我們從未見過的。

    哥倫比亞大學機械工程教授詹姆斯豪恩(JamsHone)表示,他的實驗室發現石墨烯拉伸20%後仍能保持導電性。他道:“你知道還有什麼可以被拉伸20%嗎?答案是橡膠。相比之下,電子產品普遍採用的矽材料僅能被拉伸1%。”

    他繼續說道:“這只是石墨烯瘋狂的一面——幾乎沒有其他材料能它這樣。”

    你問最大的優勢?石墨烯最大的優勢是價格便宜。

    當今電子行業的很多產品都能利用石墨烯而變得更好、更小、更便宜。

    加利福尼亞大學伯克利分校的科學家去年製造了一款石墨烯揚聲器,音質等同於甚至好於森海塞爾耳機,體型更小。

    石墨烯迷人的地方還在於,它可浸入液體不被氧化,這一點與其他導電材料完全不同。

    亞拉文博士說道,石墨烯研究正在向讓電子產品與生物系統融合的方向轉變。換句話說,石墨烯產品可以植入你的身體中,讀取神經系統資訊或同細胞對話。

    不過,雖然研究人員相信石墨烯將用於下一代電子產品,但整個行業都在使用傳統矽晶片和晶體管制造電子產品,他們接納石墨烯速度可能很緩慢。

    倘若真是這樣,石墨烯會優先用於其他行業。去年,比爾及梅琳達-蓋茨基金會拿出10萬美元獎金,獎勵利用石墨烯創造出更薄、更輕和更穩固的安全套科學家。

    汽車製造商正在探索研製機身採用石墨烯的電動汽車,石墨烯不僅對機身起到保護作用,還將作為太陽能面板為汽車供電。飛機制造商也希望利用石墨烯製造飛機。

    如果這些還不夠,石墨烯或有助量子計算機的製造。麻省理工學院的國際研究團隊正在利用石墨烯研究量子計算機,它將是未來計算行業的大市場。

    總之,忘記塑膠吧,石墨烯才是我們的未來

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