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石墨烯可作防彈衣材料

科技日報訊  十年前,人們首次分離出了世界最薄、最強的材料石墨烯,對它進行了上百種用途的實驗,包括電池、夜視鏡、醫學掃描設備、光探測器甚至避孕套。直到今天,這種材料仍不斷帶給我們驚喜。在最近出版的《自然》和《科學》雜志上,英國和美國科學家分别發表新論文,一篇指出石墨烯雖然不透水,卻能讓質子通過,因此有可能用在燃料電池裡作超薄濾膜;另一篇稱石墨烯承受子彈沖擊的性能勝過鋼鐵和防彈衣材料。

據自然網站近日報道,因發明石墨烯實驗獲得2010年諾貝爾物理學獎的英國曼徹斯特大學材料科學家安德烈·蓋姆說,質子通過石墨烯的能力顯示,石墨烯可以作為把氫氣從空氣中分離的濾網,有助于從燃料電池的氫裡獲取電量。他們的論文發表在《自然》雜志上。石墨烯可以作質子過濾膜。

燃料電池能把氫氣分解為質子和電子,從而把存儲在氫中的化學能轉化為電力:電子沿外部電線形成電流,質子則通過電池内部的膜流動。目前電池中的膜,如商用納菲薄膜(nafion)約10微米厚,仍不能完全防止氫洩露,也讓質子無法順暢流動,減損了電力。如有一種超強超薄濾膜,就能一下解決這兩個問題。蓋姆說,這正是石墨烯的優勢。

但有燃料電池專家指出,這項研究還在理論論證階段,能否立即應用還要小心謹慎。此外還要考慮怎樣生産出足夠純淨、大片的石墨烯層,成本和壽命等因素。

蓋姆小組用石墨烯膜從水中過濾了純淨氫氣。蓋姆說,這種技術還可能從空氣中分離氫氣,“這還屬于推測,不過在發表論文之前,它還在科幻階段。”去年,研究人員證明了一種堆疊的石墨烯氧化膜能産生微小通道,從二氧化碳或氮氣中過濾氫氣。

《科學》雜志上的論文稱,石墨烯有望用作防彈衣材料。通過用金剛石探針檢測它的單層抵抗力,人們已知石墨烯屬于世界上最強的材料。最近,美國科學家首次用一種矽石球來射擊石墨烯,檢驗它承受沖擊的能量。他們發現,石墨烯層能在破碎之前迅速分散沖擊力,中斷通過材料的外展波。論文合著者、美國萊斯大學的埃德溫·托馬斯說,這種效應的上限是聲音在材料中傳播的速度,在堅硬輕質的石墨烯中,聲速為22千米/秒,而在空氣中是332米/秒。以石墨烯層為基礎的複合材料及其他輕質高強材料有望成為一種“很有前景的盔甲系統”。

英國國家石墨烯研究所商業主管詹姆斯·貝克指出,在所有實驗中,工業合作者最關心的是制造:石墨烯層或含石墨烯的複合材料能否大規模制造,并使産品有過硬的質量和可靠的标準。(常麗君)

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