奇跡投機(jī)了解熱石墨烯到底是什么

奇跡投機(jī)了解熱石墨烯到底是什么


花在世界各地，為了科學(xué)，這一說法是非常正確的。花、一滴水，甚至一?；覊m的奧秘并不比我們所看到的世界簡單得多。如果我們更進(jìn)一步，在花中，科學(xué)家可以看到整個有機(jī)物質(zhì)的世界和生命的基礎(chǔ)——碳和碳。

空氣中的碳是二氧化碳；水中的碳是碳酸鹽；石灰石中的碳是碳酸鹽；花中的碳是氨基酸、DNA、糖、淀粉、纖維素……它是宇宙中最豐富的元素之一，也是地球上有機(jī)和生物的化學(xué)基礎(chǔ)。碳是神奇的。當(dāng)與不同的化學(xué)元素結(jié)合時，它有無數(shù)的化身，創(chuàng)造了整個世界。

然而，碳是可以接近的。古畫字畫中的松煙和墨水；冬天取暖用的煤和木炭；去除異味和凈化空氣的活性炭；甚至美女脖子上的鉆石和兒童手上的鉛筆芯都是碳！如果我們說一朵花中的各種碳都是碳化合物和聚合物，以及碳的規(guī)律，那么這些常見的碳都是簡單的碳，也稱為碳同位素，就像碳的孩子一樣。由于碳的排列不同，這些碳族的兄弟和親戚在外觀和氣質(zhì)上都有很大的差別。碳原子或它們建造房屋的方式（結(jié)構(gòu)）。

煤、炭等，碳原子排列紊亂，稱為無定形碳，而鉆石（鉆石）和石墨則是碳的結(jié)晶，碳原子排列整齊。他們屬于在操場上穿著整齊、統(tǒng)一的孩子，深受老師的喜愛。

但是這些好娃娃有很好的個性，比如石墨，是一個由碳原子結(jié)合形成平面結(jié)構(gòu)的六邊形，層層疊加在一起，由于分子間作用力很弱（范德華力），所以很容易在兩層之間平行滑動，這就是為什么石墨可以被用作鉛筆芯，寫SMO的原因。金剛石或金剛石是由碳原子四面體鍵合而成的三維致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。它屬于立方晶系，密度遠(yuǎn)高于石墨，因此石墨是最軟的材料之一，而金剛石是最硬的天然材料。在工業(yè)上可用于切割、鉆孔和研磨。

如果我們進(jìn)一步深入到納米世界，到了電子顯微鏡所能看到的范圍的盡頭，我們的碳兄弟會更加迷你可愛，更加迷人。在這里，我們好奇的目光是富勒烯（足球烯烴），如小足球，碳納米管如絲線和石墨烯般薄的翅膀。特別是在發(fā)現(xiàn)了GR之后。阿芬，所謂的簡單之道，這些碳兄弟可以建立在石墨烯的基礎(chǔ)上。石墨烯卷曲成管狀，即碳納米管；石墨烯被適當(dāng)?shù)厍懈畈⑶蚧筛焕障?；如果石墨烯被層層堆積，石墨烯就是石墨。

石墨烯是由單層碳原子組成的一種二維晶體，單層碳原子的厚度就是一個碳原子的厚度。一個直徑只有0.335納米的碳原子。你知道，一納米是一米的十億分之一，相當(dāng)于人類頭發(fā)直徑的千分之一。石墨的ER含有300多萬層石墨烯！什么比石墨烯的厚度還要薄

在這個尺度上，石墨烯不再像它在宏觀世界中的兄弟石墨那樣柔軟光滑，它對可見光的吸收只有2.3%，這是完全透明的，它像什么都沒有一樣輕。如果石墨烯能制成1平方米的網(wǎng)，那么網(wǎng)的質(zhì)量就不到1毫克。但它的硬度足以在1毫克內(nèi)攜帶一公斤貓。它的密度如此之大，即使是最小的氣體分子氦也無法穿透。與最好的鋼相比，它的強(qiáng)度高出200倍以上。它還可以自由伸展，并且可以在一個小時內(nèi)保持穩(wěn)定。作為自身尺寸的20%延伸率，其導(dǎo)電率高于已知的最低電阻率銀，其導(dǎo)熱率約為室溫下銅的10倍。

如此神奇的素材，像一個睡美人，在我們身邊睡了幾千年，直到2004年才顯露出它的真面目，并為人們所熟知，然而她的發(fā)現(xiàn)卻讓人們發(fā)笑。其實(shí)是撕膠帶：石墨片在普通的3M膠帶上一層一層地反復(fù)黏著剝開，最后得到石墨烯，在電子顯微鏡下可以看到香味，同樣的，你甚至可以從鉛筆芯中得到石墨烯的碎片。在紙上的淺鉛筆印中，實(shí)際上是一層石墨烯的堆積，石墨烯的發(fā)現(xiàn)確實(shí)震驚了學(xué)術(shù)界，比如窺視漢代女性的妝，看到一種真正神秘而不可預(yù)知的美，以前，大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為，沒有一種完美的二維晶體能夠穩(wěn)定地存在于非絕對零度（絕對零度-273.15度）。然而，作為單層石墨烯的二維晶體形式，它是在室溫實(shí)驗(yàn)中制備的！

由于2004年成功分離并證明了石墨烯的穩(wěn)定性，以及發(fā)現(xiàn)了它的量子霍爾效應(yīng)（見下文），曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃塞洛夫于2010年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。

量子霍爾效應(yīng)是指抑制電子隨機(jī)運(yùn)行，使其服從排隊(duì)，限制一側(cè)的流動，從而避免了電流傳輸中的能量損失現(xiàn)象，這意味著如果在主機(jī)中使用石墨烯，它可以使主機(jī)達(dá)到ipad的大小，使主機(jī)的容量達(dá)到t。他iPad幾噸甚至幾十噸，因此，仿佛一扇新的門被打開了，人們可以看到一個光彩奪目的未來世界。在接下來的幾年里，石墨烯的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究呈指數(shù)級增長。作為一種新型的納米碳材料，她的魔力吸引了人們的注意，同時也刺激了人們的注意力。D人們無限的想象力和創(chuàng)造力。即使在2015年，華為也對英國進(jìn)行了國事訪問，并對曼徹斯特大學(xué)石墨烯研究所進(jìn)行了特別訪問。隨后，華為與研究所就石墨烯項(xiàng)目簽署了合作協(xié)議。

人們對石墨烯充滿了期待。除了它在制造超微型晶體管和超級計(jì)算機(jī)方面的潛在應(yīng)用之外，它的運(yùn)行速度比目前使用的硅基芯片快數(shù)百倍，而且具有超容量?；谑┑母鞣N特性，它也有望用于電子產(chǎn)品中，以制造柔韌靈活的透明觸摸屏或耐磨設(shè)備。

石墨烯作為功能添加劑，可用于超級電容器、鋰電池、航空航天、電動汽車等領(lǐng)域，以滿足快速充電和長續(xù)航能力的要求，可用于復(fù)合材料和防腐涂料中，以獲得更好的強(qiáng)度、韌性和防腐性能，也可用于能源領(lǐng)域?；鹁?、發(fā)光板、太陽能板等。

在環(huán)保、節(jié)能、通訊、醫(yī)藥等領(lǐng)域，人們充滿了想象和期待，如果能夠?qū)崿F(xiàn)石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用，石墨烯必將在許多方面改變我們的生活。

然而，石墨烯的未來是光明的，道路是曲折的，在大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用中，石墨烯面臨著現(xiàn)實(shí)困難。

一方面，石墨烯的生產(chǎn)，從工業(yè)化的角度來看，要獲得可用于實(shí)際應(yīng)用的石墨烯，撕裂膠帶顯然是一個白癡，目前已開發(fā)出不同的石墨烯生產(chǎn)方法，如化學(xué)氣相沉積法（CDV）、化學(xué)氧化還原法（GO /RGO）、液體ph但是，這些方法在石墨烯產(chǎn)品的規(guī)模、生產(chǎn)成本、工藝要求、收率、純度和結(jié)構(gòu)完整性等方面都不完善，理論上石墨烯的奇異性是基于其在納米尺度上完美的二維晶體形態(tài)。邊緣或內(nèi)部結(jié)構(gòu)點(diǎn)的任何缺陷和層厚的疊加都會大大降低其應(yīng)用性能，甚至沒有應(yīng)用價值。

另一方面，它是石墨烯的應(yīng)用，主要是指如何將其加入到各種配方中，以實(shí)現(xiàn)在基體材料中穩(wěn)定均勻的分散，對于納米材料，即使在3到10層之間有幾層石墨烯，其超大比表面積（單位質(zhì)量物體的表面積）也相當(dāng)于本質(zhì)上是超高能系統(tǒng)。納米顆粒之間的相互作用使?jié)舛葹?%-5%的石墨烯漿料凍結(jié)后凝固，無論是在基體樹脂中加入石墨烯粉末還是漿料，如何均勻分散，避免因團(tuán)聚而使石墨烯重疊到石墨狀態(tài)，以及如何在生產(chǎn)中保持批次穩(wěn)定性，都是瓶頸。

目前，我國已有100噸、500噸甚至1000噸的石墨烯粉末或泥漿生產(chǎn)線，但據(jù)估計(jì)，大部分仍屬于較低檔次、較便宜的氧化石墨烯納米顆?；蛏倭康氖?，主要用作重防腐層的添加劑。是鋰電池、動力電池等的導(dǎo)電劑，近兩年來，高純石墨烯（薄膜）的大規(guī)模生產(chǎn)信息也陸續(xù)發(fā)布。然而，隨著這種石墨烯產(chǎn)品的不斷發(fā)展，人們?nèi)匀恍枰潇o、耐心地等待。

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