K8凯发集团神奇的“新材料|香艳迷醉|之王”石墨烯未来的发展前景如何?

  k8凯发ღღ!k8·凯发(中国)天生赢家·一触即发ღღ,凯发k8国际首页登录ღღ。k8凯发官网入口ღღ。凯发k8ღღ,天生赢家一触即发ღღ,近日ღღ,来自吉林大学ღღ、中国科学院金属研究所ღღ、国家深空探测实验室ღღ、国家航天局探月等单位的科研人员通过对嫦娥五号钻采岩屑月壤的观察分析ღღ,首次在月壤中发现了天然形成的石墨烯ღღ。

  凭借优异的性能及应用价值ღღ,石墨烯如今在化学ღღ、材料ღღ、物理ღღ、生物ღღ、环境ღღ、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展ღღ,并已广泛应用在电池电极材料ღღ、半导体器件ღღ、透明显示屏ღღ、传感器ღღ、电容器ღღ、晶体管等方面ღღ。

  作为碳的同素异形体,石墨是一种层状材料ღღ,石墨内部的碳原子是一层层排列的ღღ。碳原子在同一层里“手拉着手”ღღ,紧密相连ღღ,但不同层之间碳原子的结合却松松散散ღღ,好似一摞扑克牌ღღ,轻轻一推ღღ,牌和牌之间就会滑动开来ღღ。

  从化学结构的角度看K8凯发集团ღღ,石墨是原子晶体ღღ、金属晶体和分子晶体之间的一种过渡型晶体ღღ。在晶体中ღღ,同层碳原子间以sp2杂化形成共价键ღღ,每个碳原子与另外三个碳原子相连ღღ,六个碳原子在同一平面上形成正六边形的环ღღ,伸展形成片层结构ღღ。

  如果说石墨是一摞扑克牌ღღ,那么石墨烯就是这摞扑克牌当中的一张ღღ。石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料ღღ,将石墨烯一层一层叠起来就是石墨ღღ,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯ღღ。

  20多年前ღღ,英国曼彻斯特大学的科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫认为一定有什么办法能够获得单层的石墨ღღ。

  “就像当在纸上写错字的时候ღღ,我们会用胶带把错字粘下来ღღ。”科学家们据此大胆联想ღღ,胶带能够粘下纸上的表层ღღ,是不是也能粘下一层一层的石墨?

  实验中ღღ,科学家们将热解石墨薄片的两面粘在一种特殊的胶带上ღღ,撕开胶带ღღ,石墨片被一分为二香艳迷醉香艳迷醉ღღ。虽然此时的石墨厚度距离单层石墨还有十万八千里ღღ,但科学家们验证出了这种方法的可行性——每用胶带粘一次ღღ,石墨都会变得更薄ღღ,坚持用这种“机械剥离法”如此重复操作ღღ,他们最终得到了仅由一层碳原子构成的薄片ღღ,这就是石墨烯ღღ。

  不过ღღ,这种用胶带一层层反复剥离石墨薄片得到石墨烯的方法ღღ,生产效率低ღღ,只能用来制备微米厚度的石墨烯ღღ,且无法进行工业化量产ღღ。

  后来ღღ,随着科技水平的提高ღღ,石墨烯的制备方法也有了大幅进步ღღ。目前ღღ,除了这种传统的物理机械剥离法ღღ,还有氧化还原法ღღ、溶剂剥离法ღღ、化学气相沉积等多种制备石墨烯的方法ღღ。

  在科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫发现石墨烯的若干年后ღღ,这两位科学家又在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应K8凯发集团ღღ,并因此获得了2010年度诺贝尔物理学奖ღღ。这一发现ღღ,使此前一些只能停留在理论想象阶段的量子效应可以通过具体实验来验证ღღ,例如“电子无视障碍”“实现幽灵一般的穿越”等实验ღღ。

  被称为“新材料之王”的石墨烯ღღ,厚度不及普通纸张的三十万分之一ღღ,但却是目前已知强度最高的材料之一ღღ,在保持高强度的同时还具有很好的韧性ღღ,可以弯曲ღღ。有这样一个生动的比喻可以感受石墨烯的这种特性——如果用1块面积1平方米的石墨烯做成吊床ღღ,这个吊床本身重量将不足1毫克ღღ,但可以承受一只猫的重量ღღ。

  人们也很难想象ღღ,石墨这种几乎是天然界最软的矿物质ღღ,但当被“切”成一个碳原子厚度的薄片时ღღ,“性格”竟会发生如此之大的变化ღღ。

  此外ღღ,由于只有一层原子ღღ,石墨烯中电子的运动被限制在一个平面上ღღ,石墨烯也因此有着全新的电学属性ღღ。

  作为世界上导电性最好的材料之一ღღ,石墨烯中电子的运动速度可达到光速的三百分之一ღღ,远远超过了电子在一般导体中的运动速度ღღ。未来ღღ,石墨烯有望成为硅的替代品ღღ,制造超级计算机的结构部件——超微型晶体管ღღ。据相关专家分析ღღ,如果用石墨烯取代硅ღღ,计算机处理器的运行速度将会提高数百倍ღღ。

  无论是具有远红外发热功能ღღ、为身体源源不断提供温暖的石墨烯羽绒服香艳迷醉ღღ,还是抗菌性更强ღღ、透气性更好的新型石墨烯口罩ღღ,抑或是融合了压力传感技术ღღ、精准地感知人体步态信息的石墨烯智能鞋垫ღღ,目前石墨烯和其衍生的二维材料正在被不断开发出来ღღ,给人们的生活带来便利ღღ。

  在颜色方面ღღ,与黝黑的石墨不同ღღ,石墨烯只吸收2.3%的光ღღ,几乎是完全透明的ღღ。这个特征使得它也非常适合作为透明电子产品的原料ღღ,如透明的触摸显示屏K8凯发集团ღღ、发光板和太阳能电池板ღღ。2018年ღღ,中国首条全自动量产石墨烯有机太阳能光电子器件生产线在山东菏泽启动ღღ,该项目主要用于生产可在弱光下发电的石墨烯有机太阳能电池ღღ,一举破解了使用受限ღღ、对角度敏感ღღ、不易造型等多项太阳能电池应用难题ღღ。

  根据堆叠碳原子的层数不同ღღ,石墨烯主要分为单层石墨烯ღღ、双层石墨烯ღღ、少层石墨烯等类别ღღ。本次在月壤中发现的就是具有3~10层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子的少层石墨烯ღღ。

  我国科学家在发表于《国家科学评论》的文章中这样介绍ღღ:他们对嫦娥五号钻采岩屑月壤进行了拉曼光谱分析香艳迷醉ღღ,发现了石墨碳ღღ。接下来ღღ,他们通过扫描电子显微成像ღღ、透射电子显微成像等多种表征技术的综合运用以及对测试结果的多方面严谨比对分析ღღ,探究并证实了这些石墨碳就是少层石墨烯ღღ。

  这一发现重塑了我们对月球化学成分ღღ、地理事件和历史的理解ღღ,提供了对月球起源的新见解ღღ,拓宽了人们对月壤复杂矿物组成的认知ღღ,支持了月球含碳假说ღღ,为未来人类对月球资源的利用提供了新的探索路径ღღ。

  凭借优异的力学ღღ、热学ღღ、电学K8凯发集团ღღ、光学ღღ、摩擦学性能和超强的抗气体渗透性ღღ,未来ღღ,石墨烯还将在航天材料领域具有广泛的应用前景ღღ。

  石墨烯的致密特性ღღ,能够帮助检测到气体当中的单个原子ღღ。这样的检测器有一个裸露在外的石墨烯表面ღღ,气体分子会有效地吸附在表面ღღ。当原子黏附在石墨烯表面ღღ,其导电性能会产生微小的变化ღღ,科研人员通过分析这种变化来实现气体检测的目的ღღ。利用检测器对星体表面气体成分进行检测ღღ,可以精准测量原子氧密度ღღ。通过减少航天器与原子氧的接触ღღ,科研人员可以有效避免其强氧化性对航天器表面材料产生严重的剥蚀影响ღღ。

  石墨烯的特殊结构使其极易进入摩擦副之间的接触面ღღ,形成物理吸附膜K8凯发集团ღღ,从而增强润滑效果ღღ,减小摩擦香艳迷醉ღღ。目前已有科研人员基于石墨烯润滑添加剂增强效应原理ღღ,在传统空间润滑剂中添加石墨烯获得高承载力和低摩擦因数的复合空间润滑材料ღღ。

  与其他材料相比ღღ,石墨烯强度大重量轻ღღ,可以被广泛应用于未来航天器的构件中ღღ,而减轻航天器重量意味着减少航天器的能源燃料消耗ღღ,节省资金成本ღღ。此外ღღ,石墨烯还具备较好的抗冲击性ღღ,这使得石墨烯成为航天领域应用潜力巨大的材料香艳迷醉ღღ。

  无论是地球还是太空ღღ,人们总能找到石墨烯的身影ღღ。未来随着研发的进一步深入ღღ,石墨烯的应用也将越来越广泛ღღ,期待石墨烯材料给人类带来更多惊喜ღღ!