科普專欄 / Information

“石墨烯”會成為繼“煤炭、鋼鐵、矽”之後人類的第四大材料嗎?

導讀:石墨烯是人們發現的第一種由單層原子構成的材料,自問世以來,關于石墨烯的話題就在不斷升溫。石墨烯産業目前來說是先導領域,還沒真正形成自己的産業,發展背後也還存在着一定的困難和問題。

不搭上石墨烯就算不上高科技産業

自2004年康斯坦丁博士通過膠帶從石墨上分離出石墨烯以來,關于石墨烯的話題就在不斷升溫,這不是偶然的。2016年,各類媒體鋪天蓋地的報道終于将石墨烯推向了話題的風口浪尖上,醫療、地産、汽車、計算機、生物等行業都與此有關。一時間石墨烯幾乎成為了前沿科技的代名詞,貌似在對外宣傳時不搭上石墨烯就不算高科技産業。石墨烯為何如此之火,真的會成為繼“煤炭、鋼鐵、矽”之後人類的第四大材料嗎?

石墨烯是人們發現的第一種由單層原子構成的材料

碳原子之間相互連接成六角網格。鉛筆裡用的石墨就相當于無數層石墨烯疊在一起,而碳納米管就是石墨烯卷成了筒狀。

由于碳原子之間化學鍵的特性,石墨烯很頑強:可以彎曲到很大角度而不斷裂,還能抵抗很高的壓力。而因為隻有一層原子,電子的運動被限制在一個平面上,為它帶來了全新的電學屬性。石墨烯在可見光下透明,但不透氣。這些特征使得它适合作為保護層和透明電子産品的原料。

石墨烯的出現不亞于一次小型的能源革命

石墨烯特殊的物理結構為其帶來了優良的導電性與導熱性,因此也是世界上電阻率最小的材料。所以,使用石墨烯制作的電池能量密度将高達600Wh/kg,而目前最先進的锂電池也僅為180 Wh/kg。石墨烯電池:充電5分鐘,通話24小時——比如。

再加上石墨烯電池相對于傳統锂電八分之一的重量和兩倍的壽命,聯想一下現今手機、電動汽車等行業的發展瓶頸……

在未來最值得期待的領域——生物工程領域,石墨烯或為人類超級明星

近日,美國博伊西州立大學發表了一篇《石墨烯泡沫為肌管生長提供三維平台》的文章,研究了石墨烯泡沫在肌肉組織中的應用。結果表明石墨烯泡沫,适宜作為生長官能肌肉組織的支架材料。石墨烯本身是一種薄的碳層,所以被認為是二位的平面材料,然而石墨烯泡沫是以石墨烯為原料的3D石墨烯。

最終,研究人員把石墨烯和石墨烯泡沫的獨特性能,用在人體器官再生上。過去的研究已經證實了可以在石墨烯泡沫上生長骨和軟骨,但這隻是石墨烯泡沫與肌肉生長相容性的第一歩研究。

博伊西州立大學的材料科學與工程學院助理教授埃斯特拉達說:“我們希望能通過這些結果調查生命基本的化學變化,來向臨床應用推進。”未來通過石墨烯泡沫這種新型材料,可能會成為控制肌肉的開關,和控制肌肉的神經類似,為殘疾人帶來福利也可能不會是空想了。

光是最神秘的一種東西,而對于一種新的産生光的方式,将無人不予以跪拜

美國麻省理工學院研究人員已經發現了類似飛機超過音速時産生音爆的過程:電荷流過石墨烯,在某種情況下,能超過減慢了的光速,形成一種光“爆”,一種強烈的聚焦光束。

這種全新的将電能轉化為可見光輻射方式是高度可控的,并且快速有效。研究人員表示,這種方式可能會帶來各種新的應用。研究人員表示:“石墨烯能通過我們稱之為表面等離子體的方式捕獲光。等離子體是代表了表面電子振蕩的虛拟粒子。這些穿過石墨烯的等離子體的速度比在自由空間光的速度慢幾百倍。”這種特性也為石墨烯産生相反的效果提供了可能性:形成光而不是捕獲光。

材料是個麻煩的領域,但不麻煩人活着還有什麼意思呢? 

許多科學研究向我們展示了石墨烯的驚人特征,但有一個陷阱。這些美妙的特性對樣品質量要求非常高。要想獲得電學和機械性能都最佳的石墨烯樣品,需要費時、費力、費錢的手段:機械剝離法——先用膠帶粘到石墨上,再手工把石墨烯剝下來。别笑,2004年諾沃肖洛夫他們就是這麼制備出石墨烯的。

雖然技術含量不高,但問題是成功率也不高,弄點兒樣品做研究還可以,工業化生産?哪怕擁有全世界的石墨礦,一天又能剝下來幾片……難道隻能用膠帶一遍又一遍的粘麼?當然現在我們也有很多其他方法來增加産量、降低成本。

液相剝離法:把石墨或者類似的含碳材料放進表面張力超高的液體裡,然後超聲轟炸把石墨烯“雪花”炸下來。

化學氣相沉積法:讓含碳的氣體在銅表面上冷凝,形成的石墨烯薄層再剝下來。

直接生長法:在兩層矽中間直接設法長出一層石墨烯來。

還有化學氧化還原法:靠氧原子的插入把石墨片層分離,如此等等。

麻煩之處在于,這些辦法的産品質量又掉下去了,方法有很多,也各自有各自的适用範圍,但是迄今為止還沒有真的能适合工業化大規模推廣生産的技術。

請擦亮眼睛,走好腳下的每一步

幾年時間裡,石墨烯就已在國内以迅猛之勢發展起來,不覺讓人們驚奇石墨烯産業發展速度之快、産品性能之好。但是在這些“光環”和驚奇的背後,也不禁使人質疑。石墨烯産業目前來說是先導領域,還沒真正形成自己的産業,發展背後也還存在着一定的困難和問題。目前石墨烯産業的這種“紅火”現象也透露出了資本的過度炒作。石墨烯概念炒得太火,某些新聞缺乏客觀性,導緻相關部門或企業對于石墨烯的認識存在誤區,造成一種好像很簡單,“短平快”一夜暴富的氛圍。甚至有人至今仍然搞不清楚石墨烯與石墨的區别。

毫無疑問,石墨烯會在未來發揮巨大的作用。未來很美好,路還是要一步一步的走。特别是在這個到處充滿急功近利的年代,泡沫無處不在。

來源:互聯網周刊(文/傑西)

(本文系轉載,并不代表本網站觀點,如涉及版權等問題,請聯系我們以便處理)

相關文章

免费观看在线污污的视频,免费视频在线观看