石墨烯,一種如此薄的碳原子晶格才剛剛開始

它使電池充電更快,持續時間更長。它可以比最好的傳感器更好地檢測光線。它可能導致靈活,不可思議的薄觸摸屏,超強複合材料和植入式電子產品。它被稱為石墨烯,儘管物理學家已經瞭解了近70年,但現在只有這種神奇的材料才會首次亮相。

石墨烯,一種如此薄的碳原子晶格,被稱為“二維”,是許多技術分支的數十項進步的核心。

“幾乎每個星期都有一個實驗室或大學有一些驚人的結果或原型,”劍橋大學石墨烯研究員兼歐盟十億歐元石墨烯旗艦項目執行委員會主席安德里亞法拉利說。

石墨烯,一種如此薄的碳原子晶格才剛剛開始

可拉伸的石墨烯電極圖案轉移到硅基聚合物上。

毫不誇張地說:僅在10月份,研究人員就證明它可以實現透明,無毒的大腦植入物,一種分析DNA的強大新工具,以及用於柔性裝置的可拉伸電池。

“有這麼多有趣的屬性,以及如此多的可能應用,調查它幾乎是一種責任,”法拉利說。

但完美,完整,單原子厚的薄板是最困難和最昂貴的。比賽現在正在進行,不是要找到材料的新用途,而是一種不破壞銀行的方式。

老想法,新材料

石墨烯對於普通的喬來說可能是新的,但物理學家早就知道它 - 扁平蜂窩結構是碳原子在某些條件下呈現的自然結構 - 如碳纖維或“巴基球”。事實上,我們稱之為鉛筆芯的石墨是數十億層石墨烯,這一事實導致了2004年的“尤里卡”時刻。

曼徹斯特大學的Andre Geim和Kostya Novoselov設法通過在一片透明膠帶之間放一些石墨並將其拉開幾次來分離出一塊石墨烯。十年前他們在上個月宣佈了這種微弱滑稽(但有效)的方法,他們的後續工作確立了一些石墨烯的卓越性能,為他們贏得了2010年諾貝爾物理學獎。

石墨烯,一種如此薄的碳原子晶格才剛剛開始

荷蘭教授Andrei Geim於2010年12月10日在斯德哥爾摩斯德哥爾摩音樂廳舉行的諾貝爾獎頒獎典禮上獲得瑞典國王卡爾十六世·古斯塔夫頒發的諾貝爾物理學獎

隨著研究人員測試這種長期理論化材料的真實世界特性,它們也引發了一場名副其實的研究狂潮。可能性成倍增加:

“偉大的事情就像任何其他納米材料一樣,你可以調整它,你可以改變它的尺寸 - 最重要的是,它是基於碳的,”美國化學學會物理化學專家Danielle Buckley說。 。許多其他有用的材料也有毒,在我們的身體或土壤中被丟棄 - 但碳?我們是由它製成的!

麻煩的是,用鉛筆芯和透明膠帶無法滿足全球需求。

供需

“當生產新材料時,它需要20到40年才能在日常使用中使用,”法拉利解釋道。“但時間在流逝。”

正如每種令人驚奇的新材料所做的那樣,石墨烯正面臨成長的痛苦:尼龍,聚丙烯,凱夫拉爾和碳纖維在任何地方使用,但重工業需要很長時間。

即使現在也有數千噸的石墨烯產生,但沒有一種最好的方法可以製造,因為可能有一種更簡單,更少異國情調的材料。

石墨烯,一種如此薄的碳原子晶格才剛剛開始

掃描電子顯微鏡圖片的“陣列”較小的石墨烯片作為一個更大的單位的一部分一起工作。休斯頓大學

“你可以通過化學方法,或者將一些石墨放入液體溶液中並使用聲波將其分開,然後基本上就是超強力的攪拌機,”巴克利解釋道。每種方法都有其優點:速度,成本,體積 - 但也有其缺點:薄片或有缺陷的片,有毒副產品。

幸運的是,即使是最微小的石墨烯也可以使用 - 再循環到更大的拼湊件中,懸浮在液體中以賦予其特殊性能,或者用作粉末狀導電塗層。並且正在從頭開始創建整個行業來處理材料及其副產品。歐盟的石墨烯旗艦店是試圖獲得突破的最大項目之一。

旗艦及以後

法拉利解釋說:“石墨烯旗艦店是一個十年計劃,本週是第一個週年紀念日。”計劃發放10億歐元 - 現在稍微有點,隨著行業變得更加成熟,更晚。

“到十年後,我們希望在市場上推出產品,”他說,可能首先是強力導電聚合物,然後是高級傳感器。

石墨烯,一種如此薄的碳原子晶格才剛剛開始

劍橋石墨烯中心的科學家進行了潔淨室實驗,其中將單層石墨烯轉移到基板上。

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