傳說中的石墨烯到底是什麼? 「萬能材料」石墨烯萬能在哪?

2020-12-09 川北在線網

傳說中的石墨烯到底是什麼? 「 材料」石墨烯 在哪?

時間:2016-04-19 10:38   來源:科普中國微平臺   責任編輯:沫朵

川北在線核心提示:原標題:傳說中的石墨烯到底是什麼? 材料石墨烯 在哪? 手機充電只需幾秒鐘?史上最薄電燈泡?光碟機動飛行器?關於石墨烯非凡應用的新聞不斷出現在人們的視野當中,似乎石墨烯已經成為了無所不能的超級材料。石墨烯究竟是什麼,到底有什麼特性讓它備受推崇? 圖

  原標題:傳說中的石墨烯到底是什麼? 「 材料」石墨烯 在哪?

 

  手機充電只需幾秒鐘?史上最薄電燈泡?光碟機動飛行器?關於石墨烯非凡應用的新聞不斷出現在人們的視野當中,似乎石墨烯已經成為了無所不能的超級材料。石墨烯究竟是什麼,到底有什麼特性讓它備受推崇?

  圖1:石墨烯原子結構示意圖

 

  1. 傳說中的石墨烯到底是什麼?

 

  石墨烯與石墨之間有特殊的親緣關係。石墨這種材料大家可能都比較熟悉,比如說鉛筆芯、乾電池內部的電極等,其主要成分就是石墨。從微觀結構來看,石墨是一種層狀材料,由一層一層的碳原子堆疊而成。對於每一層而言,其中的碳原子之間以牢固的共價鍵相結合,非常穩定。而層與層之間則是以一種比較微弱的作用力相互結合的,從而使得層與層之間比較容易脫離開。因此,厚的石墨是可以很容易地解離成薄的石墨片的。那麼,石墨的這種結構就可以形象地類比成一本書,書中的每頁紙就類比成一層碳原子。而我們要講的石墨烯就是石墨這本「書」之中的一頁「紙」。

  那麼這頁「紙」有何奇特之處,使之得到諾貝爾獎的青睞呢?最關鍵就在於石墨烯這頁「紙」特殊的結構。首先,石墨烯只有一個原子層的厚度,是人類製備出的第一種真正意義上的二維材料,顛覆了傳統理論中「自然界中根本不可能找到穩定存在的二維晶體材料」這一結論。第二,石墨烯中的碳原子是以六角蜂窩的形狀按規則排列的(如圖一),這種排列方式導致石墨烯擁有非常特殊的電子能帶結構,從而使其蘊含了豐富而新奇的物理現象與性質。在凝聚態領域中,材料的電子特性大都用薛丁格方程就可以充分描述。但是石墨烯是個例外,石墨烯中的電子輸運遵循的是狄拉克方程,其中的載流子是無質量,是類似於相對論性質的粒子,其有效速度接近於光速。這種材料的發現無疑為凝聚態物理中開闢了一塊全新的領域。

 

  2. 「 材料」石墨烯, 在哪?

 

  從材料科學的層面講,石墨烯具有許多特殊而優異的性質,從而具有廣泛的應用前景。在此試舉幾例:

 

  (1)石墨烯具有超高的載流子遷移率和熱導率,遷移率是傳統矽基材料的幾十甚至幾百倍。載流子遷移率對於微電子器件來說是一項極其關鍵的參數,若是遷移率過低,將會導致產熱嚴重、響應頻率低下等後果。因此,由於遷移率高、導熱好,石墨烯被認為是一種理想的電子器件材料。

 

  (2)在航天科學領域中,石墨烯可以被當做保護層覆蓋在一些元件的表面,用來降低因宇宙射線激發的二次電子。

①凡註明"來源:XXX(非在線)"的作品,均轉載自其它媒體,轉載目的在於傳遞更多信息,並不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責,本網不承擔此類稿件侵權行為的連帶責任。
②本站所載之信息僅為網民提供參考之用,不構成任何投資建議,文章觀點不代表本站立場,其真實性由作者或稿源方負責,本站信息接受廣大網民的監督、投訴、批評。
③本站轉載純粹出於為網民傳遞更多信息之目的,本站不原創、不存儲視頻,所有視頻均分享自其他視頻分享網站,如涉及到您的版權問題,請與本網聯繫,我站將及時進行刪除處理。

相關焦點

  • 石墨烯到底是什麼?讓人難以置信的材料
    石墨時代的說法來自於石墨烯的產生,這是一種新型的納米材料,2004年,石墨烯被製造出來,兩位科學家因此獲得2010年的諾貝爾獎。石墨烯(Graphene)是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料,是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料,同時也是已知的世上電阻率最小的材料,常溫下其電子遷移率要比矽晶體高很多。
  • 石墨烯到底是什麼?
    「超級材料」這個詞近來被大量的使用——陶瓷超級材料,氣凝膠超級材料,彈性體超級材料。但是有一種超級材料把它們都淹沒了,它讓它的發現者獲得了諾貝爾獎,並為科學的炒作和興奮定義了上限。它有可能使處理、電力儲存、甚至太空探索發生革命性的變化……但它還沒有真正實現任何目標。
  • 「石墨烯發動機保護劑」怎麼就會有人相信呢?石墨烯是什麼材料
    「石墨烯發動機保護劑」近期熱度很高,因為石墨烯的熱度居高不下。然而這種材料不可能大範圍普及,用於製造幾十元一隻的所謂保護劑也是天方夜譚。石墨烯的製造工藝要求非常嚴苛,這是一種納米級(nm_nanometer)的材料,由碳原子規則排列的平面薄膜,這種材料被稱之為「材料之王」。
  • 石墨烯,潛力無窮、未來科技的神奇材料
    石墨烯(Graphene),到底是什麼東西?或許你連聽都沒聽過,它是一種被視為很可能改變未來世界的神奇材料,由於它可以應用於信息、能源、航天、運輸、醫療等產業,具有相當大的潛質,各國學術機構以及產業界紛紛投資研發,以期搶下市場大餅。
  • 石墨烯電池要來了,它到底是黑科技還是三元鋰換馬甲?科普石墨烯
    讓我們想想,上一次關於石墨烯電池的大消息是什麼時候呢?去年12月份,華為傳出要在P40 Pro上面搭載石墨烯電池,10分鐘充電70%。事後證明是個錯誤的消息,後來P40 Pro上市的時候也沒有看到石墨烯電池的蹤影。圍繞著石墨烯,迷霧重重,讓人霧裡看花。江湖傳說比黃金還貴的石墨烯,到底是個啥?
  • 新烯望·開創石墨烯新紀元
    主持人:這種方法為什麼可以跟之前那些石墨烯方法遇到瓶頸,而您這個方法卻可以這樣的突破,原因到底是什麼?  陳讓珠:我搞科學那麼多年,我們尋找一個科學理論。在世界上每一種物質自己本身就帶有電子能量和電子勢能。所以我們能夠利用物質本身的勢能,可以產生作用,出現的能量就可以把石墨烯剝離出來。現在好多人用升溫、加壓之類的,我本身那麼多年是閉門造車,我不懂外面是怎麼做法的。
  • 石墨烯:神奇的「新材料之王」
    這是因為,早在70多年前的理論研究表明,完美的二維結構晶體無法在非絕對零度的環境中穩定存在。  2004年,兩位英國科學家用一種非常簡單的實驗方法突破了原有理論認知。他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片,然後將薄片的兩面粘在一種特殊膠帶上,撕開膠帶,就能把石墨片一分為二。不斷這樣操作,薄片越來越薄,最後得到了僅由一層碳原子構成的薄片——這就是石墨烯。
  • 石墨烯是什麼用途_石墨烯十大用途介紹
    石墨烯是什麼用途   2005年,Geim研究組[3 J與Kim研究組H 發現,室溫下石墨烯具有l0倍於商用矽片的高載流子遷移率(約10 am /V·s),並且受溫度和摻雜效應的影響很小,表現出室溫亞微米尺度的彈道傳輸特性(300 K下可達0.3 m),這是石墨烯作為納電子器件最突出的優勢,使電子工程領域極具吸引力的室溫彈道場效應管成為可能
  • 石墨烯應用時代來臨,「神奇材料」石墨烯正在走進人們生活
    一件輕薄的馬甲,這就是石墨烯發熱技術的神奇之處。」日前,石墨烯產業奠基人、國際石墨烯創新中心專家委員會顧問、深圳烯旺新材料科技股份有限公司董事長馮冠平教授在接受採訪時,向記者這樣介紹烯旺科技即將發布的石墨烯發熱智能產品系列。
  • 材料小博士:石墨烯究竟對人體有沒有傷害?盤點石墨烯那些優缺點
    都知道石墨烯的問世,引起了全世界的研究熱潮,飽受追捧,它是世界上第一個尺寸材料,它的結構,是由已知存在的最強和最靈活的材料組成,常聽人說道「天將降大任於斯人也,必先苦其心志」,有能力的人會遭受到平常人所不會遭受到的磨難和非議,那麼,牛逼的石墨烯,自然也遇到了不少的流言蜚語了。
  • 石墨烯材料在鋰離子電池和鋰硫電池中的應用
    石墨烯材料在鋰離子電池和鋰硫電池中的應用。石墨烯作為一種新型納米材料,以其特殊的二維單層延伸碳結構、出色的導電性、導熱性、韌性及強度等優異性能,在功能材料、能源等多個領域有著廣泛的應用前景。石墨烯的加入對不同電極材料導電性提高和對鋰離子電池電化學性能的改善,尤其是對大電流放電性能和倍率性能的改善。石墨烯材料在鋰離子電池中的應用鋰離子電池具有能量密度高、可逆容量大、開路電壓大、使用壽命長等特點。在對鋰離子電池電極材料的研究過程中,一些碳元素的同素異形體及混合物可以作為導電性能優良的穩定材料,常被用於開發新型鋰離子電池負極材料的研究。
  • 石墨烯小知識之石墨烯在農業中的應用
    石墨烯是由單層碳原子層構成的蜂窩狀晶格二維原子晶體,厚度為0.335 nm,具有強度最高、重量最輕、韌性最強、透光率最好、導電導熱性最佳等特性,被譽為21世紀最具顛覆性的「新材料之王」。石墨烯在生物醫藥、電子器件、電池電容器、航空航天以及軍工等眾多領域具有廣闊的應用前景,隨著石墨烯相關產業的不斷發展,石墨烯在農業中的應用研究也不斷被挖掘,科學成果逐漸走進人們的視野,惠及百姓日常生活。
  • 「材料之王」石墨烯能做些什麼
    石墨烯是最強最薄最硬最導電最導熱的物質,被稱為「材料之王」。但是這種物質能做什麼呢?幸運的是,在最近的巴塞隆納舉行的世界移動通信大會上,人們看到了石墨烯新技術新應用。在石墨烯展館中,大約25個不同的石墨烯研究項目,包括智慧型手機,機器義肢,食物識別和可穿戴設備,正被展出。智慧型手機——石墨烯,在未來的幾年裡它將會對手機進行革命性升級。它不僅將以柔性觸控屏集成到手機讓你再也不擔心碎屏,而且它也有巨大的潛力來改進需要一天幾充的電池。
  • 揭秘新材料之王石墨烯:未來投資機會在哪?
    【石墨烯及衍生品在新能源的應用研發】2015年7月,公司與清華大學核能與新能源技術研究院籤署石墨烯及衍生品在新能源領域的應用技術研發合作框架協議,啟動費用300萬元,將在5年內投入不少於3000萬元,擁有共同專利的優先使用權,圍繞以下三項技術開展工作:石墨烯改性鋰離子電池集流體產業技術;高比能量鋰硫電池用石墨烯/硫複合電極材料製備及應用技術;石墨烯導熱材料在電池模組熱管理中的應用技術
  • 什麼是石墨烯電池?石墨烯電池的性能好不好?
    今年以來,廣汽方面對於石墨烯電池的宣傳較為到位。最新消息是,廣汽集團在互動平臺透露,目前石墨烯電池研發工作在持續進行中,預計今年底此項技術將進入實車量產測試。據了解,廣汽埃安將是率先使用石墨烯電池的品牌。那麼,什麼是石墨烯電池?石墨烯電池的性能好不好?石墨烯電池是否會替代鋰電池?
  • 石墨烯材料:迄今為止最專業的一篇深度文章
    石墨烯鋰電?   什麼是石墨烯?先來看看維基百科的定義:「石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一個碳原子厚度的二維材料。
  • 千家萬戶都在使用石墨烯地暖,石墨烯地暖不為人知的秘密
    你深入了解過石墨烯地暖嗎?石墨烯地暖不為人知的秘密你知道嗎?現在網上誇得神乎其神的不需要用電的石墨烯地暖,你信嗎?這純屬是瞎扯淡。其實,石墨烯地暖也是需要用電,是電地暖最好的形式。以前我們熟悉的電暖是鋪設電纜在地下,但是現在基本都無人問津,原因:有輻射,有很大的安全隱患。
  • 石墨烯到底適不適合做電池?
    2010年,就在為石墨烯獲得諾貝爾物理學獎歡呼雀躍之時,我國科學家在Chem. Commun.雜誌上首次報導了碳家族新成員石墨炔的誕生。一時間,世界還沒有緩過神來。石墨烯是什麼還似懂非懂,石墨炔是個什麼鬼?更有部分腦洞大開的人已經在期待石墨烷了!正如一線明星有很多模仿者,借名人效應混跡江湖,人們一開始便認為石墨炔就是憑藉石墨烯的光環成名的,盛名之下,其實難副。
  • 「黑金」石墨烯:值得期待的新材料之王
    本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201606/292323.htm  深圳前海國豐優合資本管理有限公司總經理金少華認為,軍民兩用新材料對接會表明,全球石墨烯的研發、應用已步入實質性階段,被譽為新材料之王的石墨烯,由於應用前景廣闊、成長性可期,其概念股有望成為長期熱點,特別是一些龍頭品種,不排除成為漲幅達數倍或數十倍的超級大牛股
  • 自熱地板為何要用石墨烯作材料?
    石墨烯(Graphene)是一種由碳原子組成的碳納米材料,結構仿佛蜂巢晶格,具有優異的電學、力學特性,在生物醫學、微電子領域具有重要的應用前景,也是超輕防彈衣,超薄超輕型飛機材料。英國物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,從不起眼的石墨中分離出有價值的石墨烯,因此獲得2010年諾貝爾物理學獎。我國首條全自動量產石墨烯的有機太陽能光電子器件生產線2018年在山東菏澤啟動,這意味著國內可以批量生產這種高科技納米材料,不僅能提供高科技研發,還可以投入生產,提供產品給市場。