06.09 石墨烯在未来科技器材上的应用

石墨烯在未来科技器材上的应用

石墨烯的故事 - 一种可用于广泛的科学,工业和商业应用的半金属材料 - 既能表明人类研究的挫折感和可能性,也能表明我们不断努力塑造我们认为适合的世界。虽然以无意产生的样品的形式观察了数个世纪并从此开始进行理论研究,但直到20世纪后期,石墨烯仍难以作为可预测制造的材料。

现在,得益于诺贝尔奖获奖的石墨烯开发工作,21世纪即将进入石墨烯时代。尽管将石墨烯纳入现有技术仍然存在障碍,但科学家们相信,通过持续研究可以克服这些障碍。

以下是石墨烯革新其设计潜力的科学和工业领域:

计算机技术
石墨烯既轻便又坚固 - 实际上,它是目前科学界已知最强,最薄的材料。它也是一个很好的热量和电力的导体。这使得石墨烯成为替代硅作为用于制造计算机芯片的材料的理想候选者。

那么有什么问题呢?制造石墨烯的既定方法 - 通过基本上一次除去一层石墨直到剩下一层石墨 - 既不高效也不具成本效益。尽管制造石墨烯的替代方法(如化学气相沉积)是克服此障碍的有希望的途径,但由于CVD石墨烯涉及更实用的工艺,所以该材料仍然难以取代硅。原因很简单:与硅不同,石墨烯没有带隙,可以开启和关闭电流。然而,研究人员相信这是他们短短几年内将克服的一个障碍。

光学显示器
在先前提到的奇迹特性之上,石墨烯几乎完全透明。因此它具有用于液晶显示器触摸屏的巨大潜力。与用于触摸屏显示器的当前材料不同,基于石墨烯的屏幕有可能弯曲,使得半金属成为可折叠电话原型的重要组成部分。

过滤系统
石墨烯的另一个惊人特性是其能够让水通过,尽管阻止大多数其他液体和气体。这为石墨烯提供了在许多工业过程和系统中充当过滤器的潜力。由于石墨烯作为过滤器的相对低复杂性,这仍然是使用半金属材料的最有前途和实用的方法之一。

电力储存
正如你可能已经知道的那样,过去20年左右电池技术并没有进步太多。虽然计算机变得更小,更快,更通用,但我们的手段无法为这些设备供电。下一个数十亿美元的技术热潮无疑将来自新型和改进型电池的开发。参与石墨烯开发的人士认为,这种材料将在这一不可避免的突破中发挥重要作用;通过使用石墨烯作为阳极,科学家们能够设计更大的存储容量。这种采用石墨烯的电池技术被认为可以用于电动车以及我们的智能手机,平板电脑和其他设备。

在几个世纪以来科学家和研究人员的关注下,石墨烯最近才被证明是一种可靠制造的材料。而且,最近几年才开发出石墨烯的实用方法。考虑到这一点,我们只是处于石墨烯时代的开创阶段并不奇怪。随着21世纪的继续,可以肯定地说石墨烯将扮演越来越重要的角色。

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