科普專欄 / Information

石墨烯紙 薄如紙張 比鋼強10倍

悉尼科技大學(University of Technology, Sydney)科學家報道顯着成果,開發出一種複合材料,這種材料以石墨為基礎,薄如紙張,比鋼強10倍。

這項研究最近發表在《應用物理學雜志》(Journal of Applied Physics)上,悉尼科技大學的研究小組主管是王果修(Guoxiu Wang)教授,他們已開發出可再生的測試結果和納米結構的樣品,就是石墨烯紙(GP: Graphene paper),這種材料有可能徹底改變汽車、航空、電子和光學等産業。

石墨烯紙(GP)這種材料可以加工、再成形和改進,最初的原料狀态是石墨。悉尼科技大學研究人員成功地粉碎了原料石墨,他們淨化和過濾石墨,采用一些化學制劑使它再成形,并進行改進,形成納米結構形态,然後加工成片,輕薄如紙。

這些石墨烯薄片疊包括單層六角形碳晶格(monolayer hexagonal carbon lattices),被放置在完美排列的層狀結構中,這賦予它們特殊的熱學、電學和機械性能。

因為使用合成法和熱處理,悉尼科技大學研究小組制作的材料具有非凡的彎曲、剛度和硬度力學性能。與鋼相比,制備的這種石墨烯紙輕6倍,密度低5至6倍,硬2倍,拉伸強度(tensile strength)高10倍,抗彎剛度(bending rigidity)高13倍。

首席研究員阿裡•萊雜•蘭奇巴托萊(Ali Reza Ranjbartoreh)說,“沒有别人采用類似的生産和熱測試方法,以發現和制成這種特殊機械性能的石墨烯紙。我們肯定遠遠領先于其他研究團體。”

“這種特殊力學性能使合成石墨烯紙成為一種很有前景的材料,适合商業和工程應用。

“它不僅更輕,更強,更硬,更靈活,勝過鋼,而且是可回收和可持續制造的産品,既環保又成本低,适合使用。”

蘭奇巴托萊先生表示,這一結果無疑會有極大的好處,使用這種石墨烯紙,在汽車和航空工業就可以開發更輕更堅固的汽車和飛機,使用更少的燃料,産生更少的污染,更便宜就可運行,而在生态上是可持續的。

他說,大型航空航天公司,比如波音就已經開始淘汰金屬,采用碳纖維和碳基材料,而石墨烯紙具有無與倫比的機械性能,将成為下一代材料,是他們要探索的。

生産石墨烯紙是采用石墨,這也帶來了顯著數額的附加值,有益于采礦、材料加工和制造業,在澳大利亞就是這樣。在過去的十年中,金屬越來越多地被迅速替換為碳基材料。

澳大利亞礦産有巨大的石墨資源,這就使這種新材料成為一種有利的産業選擇,這是一項經濟、本土和世界級的技術進步,可用于大規模生産和工業應用。

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