信息摘要:
超級(jí)材料這個(gè)詞近來(lái)被大量使用陶瓷超級(jí)材料,氣凝膠超級(jí)材料,彈性體超級(jí)材料。但是有一種超級(jí)材料把它們都淹沒(méi)了,它讓它的發(fā)現(xiàn)者獲得了諾貝爾獎(jiǎng),并為科學(xué)的炒作和興奮定義
“超級(jí)材料”這個(gè)詞近來(lái)被大量使用——陶瓷超級(jí)材料,氣凝膠超級(jí)材料,彈性體超級(jí)材料。但是有一種超級(jí)材料把它們都淹沒(méi)了,它讓它的發(fā)現(xiàn)者獲得了諾貝爾獎(jiǎng),并為科學(xué)的炒作和興奮定義了上限。它有可能使處理、電力儲(chǔ)存、甚至太空探索發(fā)生革命性的變化,這就是石墨烯材料。
石墨烯(Graphene)是由單層碳原子排列成六邊形晶格的一種異形體(形式),是一種以碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料。
它是碳的許多其他異形體的基本結(jié)構(gòu)元素,如石墨、鉆石、碳、碳納米管和富勒烯。石墨烯有許多不同尋常的性質(zhì),它能有效地傳導(dǎo)熱量和電,它的導(dǎo)電性也非常高,而且?guī)缀跏峭该鞯摹K粌H具有令人難以置信的物理特性,還被廣泛引用為每一重量基礎(chǔ)上創(chuàng)造的最堅(jiān)固的材料。例如,石墨烯在原子小的情況下,可以使處理器中的晶體管更加緊密地封裝,并允許許多電子行業(yè)向前邁進(jìn)一大步。
石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性,在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景,被認(rèn)為是一種未來(lái)革命性的材料。
一 、基礎(chǔ)研究方面的應(yīng)用
石墨烯對(duì)物理學(xué)基礎(chǔ)研究有著特殊意義,它使得一些此前只能在理論上進(jìn)行論證的量子效應(yīng)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。在二維的石墨烯中,電子的質(zhì)量仿佛是不存在的,這種性質(zhì)使石墨烯成為了一種罕見(jiàn)的可用于研究相對(duì)論量子力學(xué)的凝聚態(tài)物質(zhì)——因?yàn)闊o(wú)質(zhì)量的粒子必須以光速運(yùn)動(dòng),從而必須用相對(duì)論量子力學(xué)來(lái)描述,這為理論物理學(xué)家們提供了一個(gè)嶄新的研究方向:一些原來(lái)需要在巨型粒子加速器中進(jìn)行的試驗(yàn),可以在小型實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用石墨烯進(jìn)行。
二、新能源電池方面的應(yīng)用
新能源電池也是石墨烯最早商用的一大重要領(lǐng)域。美國(guó)麻省理工學(xué)院已成功研制出表面附有石墨烯納米涂層的柔性光伏電池板,可極大降低制造透明可變形太陽(yáng)能電池的成本,這種電池有可能在夜視鏡、相機(jī)等小型數(shù)碼設(shè)備中應(yīng)用。
另外,石墨烯超級(jí)電池的成功研發(fā),也解決了新能源汽車(chē)電池的容量不足以及充電時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題,極大加速了新能源電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這一系列的研究成果為石墨烯在新能源電池行業(yè)的應(yīng)用鋪就了道路。
三、傳感器方面的應(yīng)用
石墨烯可以做成化學(xué)傳感器,這個(gè)過(guò)程主要是通過(guò)石墨烯的表面吸附性能來(lái)完成的,根據(jù)部分學(xué)者的研究可知,石墨烯化學(xué)探測(cè)器的靈敏度可以與單分子檢測(cè)的極限相比擬。石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)使它對(duì)周?chē)沫h(huán)境非常敏感。石墨烯是電化學(xué)生物傳感器的理想材料,石墨烯制成的傳感器在醫(yī)學(xué)上檢測(cè)多巴胺、葡萄糖等具有良好的靈敏性。
四、防腐涂料領(lǐng)域的應(yīng)用
目前國(guó)內(nèi)防腐涂料消費(fèi)量近180萬(wàn)噸,占世界防腐涂料總消費(fèi)量的40%以上。我國(guó)防腐涂料需求主要集中在船舶、石油化工、橋梁、集裝箱等領(lǐng)域。涂料中添加石墨烯后,石墨烯能夠形成穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)格,有效提高鋅粉的利用率,同時(shí),石墨烯涂層能在金屬表面與活性介質(zhì)之間形成物理阻隔層,對(duì)基底材料起到良好的防護(hù)作用。
近年石油化工、鐵路交通、新能源、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等更是蓬勃發(fā)展,為防腐涂料提供了廣闊的市場(chǎng)空間。深圳長(zhǎng)石新能源致力于對(duì)石墨烯涂料進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用,為全球客戶提供高效產(chǎn)品和全方位解決方案,打破中國(guó)重防腐涂料和核心原料嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口的局面,為涂料行業(yè)工業(yè)4.0提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。作為石墨烯應(yīng)用的開(kāi)拓者,石墨烯防腐涂料和功能性涂料成為重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略之一。
五、石墨烯供暖的應(yīng)用
石墨烯電暖適用于住宅、辦公室、工廠、學(xué)校、醫(yī)院等各種場(chǎng)所的供暖。也適用于各種墻面、地面、餐桌臺(tái)面、飄窗等局部位置的發(fā)熱供暖。由于其高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),石墨烯電暖越來(lái)越受到人們的青睞和市場(chǎng)的認(rèn)可。
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