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石墨烯产业应用前景广阔 或将颠覆LED行业

2015-12-24 09:40
吃瓜天狼
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   英国开发出一种快速量产的新技术,中国专家成功研制产业前景广阔的石墨烯超强电池,工信部、发改委和科技部等三部委发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》……连日来,石墨烯概念引起广泛关注。实际上,石墨烯不仅具有广阔的产业应用前景,在未来战场上也必将带来颠覆性的变革。

  有学者曾说:“19世纪是铁器的时代,20世纪是硅的时代,21世纪是碳的时代。”而石墨烯更是碳时代的代表性材料。石墨烯是一种只有一个原子厚度的呈六角形蜂巢晶格(苯环)的二维碳膜。它从石墨中而来,把石墨片剥成单层形成只有一个碳原子厚度的单层结构,就形成了石墨烯。尽管石墨烯还未投入大规模的产品生产阶段,但其展现出的性能优势使得人们对其在未来战场上的应用前景充满期待。

  

  某新概念武器效果图

  “削铅笔芯”的启示

  由于石墨晶体中层与层之间的间隔较大,且以范德华力相结合,层状结构相对松弛,而石墨烯中碳原子之间柔韧性较大,因此,将石墨层层剥离,并最终得到性能优异的单层石墨烯成为几个世纪来科学界的反复尝试。但是,石墨烯的制备却并非易事。举例而言,一支普通的铅笔芯大约由300万层的石墨烯所迭加而成,科学家们尝试了很多种办法试图将石墨烯剥离,但均以失败告终。直至2004年,英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆与他的同事从“削铅笔芯”得到灵感,偶然中发现了一种简单易行的新方法——微机械剥离法:将石墨薄片粘贴在约15-16cm长的塑料胶带上,然后将胶带折叠过来,粘在薄片的另一面上,将石墨薄片夹在中间,并将胶带和石墨薄片分开,以此将石墨薄片平稳地分成两片,厚度减为原来的1/2。此后,将上述步骤重复10次,不断分割上次得到的薄片,并最终得到单层的石墨烯。2010年10月5日,安德烈·K·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因在石墨烯材料方面的卓越研究而获得诺贝尔物理学奖。

  除了微机械剥离法,如今还出现了其他有关石墨烯剥离的新方法,如外延生长法、氧化石墨还原法等等。

  “神奇材料”的特性

  石墨烯以其优于其他材料的特性必将在军事领域大显身手。

  一是材质坚硬。石墨烯的厚度为0.34纳米,比表面积约为2630平方米/克,为已发现的最薄的材料,但其强度却达到180吉帕(约为普钢钢材的100倍),是人类已知强度最高的物质。哥伦比亚大学的物理学家用金刚石制成的探针测试石墨烯的承受能力,在被实验的石墨烯样品微粒开始碎裂前,每100纳米距离上的石墨烯可承受的最大压力达到2.9微牛左右。这意味着如果用石墨烯制成包装袋,那么它将能承受大约两吨重的物品。石墨烯兼具轻薄而坚硬的材料特性可以使得其在军队轻型运输装备、防御型武器装备的材料生产中发挥出巨大的潜力。

  二是透光率高。石墨烯吸收约2.3%的光,而其透光率则在97%以上,这使得它能够做到几乎完全透光,加之石墨烯具备良好的柔性。可以设想,如果手机、平板电脑上的其他部件和材料也应用石墨烯进行相应的改进,那么未来电子产品的显示屏就有可能真正实现可折叠。而这样的技术将使得未来的军事装备设计更加得心应手,富有人性化。美国辉锐科技公司研发并制造出大面积柔性触控屏,率先进军大面积石墨烯柔性触控屏市场,并获专业的科技行业投资基金IDG资本入股成为其股东之一。可见,石墨烯不仅在国防科技领域具有重要的发展前景,其广阔的应用范围也引发了民营企业的密切关注。除辉锐科技公司外,韩国三星去年便宣称已将石墨烯成功应用于触摸平板显示器,并制造出多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏,可广泛应用于移动设备。

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