什么是石墨烯?

这正是科学家安德烈·吉姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃塞洛夫(Konstantin Novoselov)在2004年发现它们的方法,他们因发现而获得了诺贝尔奖。 当发现它时,这令许多科学家感到震惊,他们不相信单层碳会稳定,尤其是在室温下。 由于它的晶格图案具有完美,高质量的特性,因此它不仅稳定,而且在室温下传导电子的速度比任何其他物质都快。 晶格结构中缺乏缺陷意味着没有散射电子,从而形成了非常牢固而灵活的键合。 操纵这些电子还意味着可以将石墨烯转化为一个原子厚的磁体-可能使数据存储增加一百万倍。

石墨烯还有哪些其他用途? 好吧,名单很长。 而且非常令人兴奋。

石墨烯可以承受5吨甚至更多吨而不会破裂。 尽管钻石和石墨烯彼此之间相距不远,但它比钻石坚硬。 它们都是由碳制成的,碳只能变成两种天然存在的晶体结构-石墨或金刚石。 但是钻石不如石墨烯稳定。 它的耐用性可能导致手机屏幕牢不可破,更好的防弹背心,以及更耐用的城市结构。 预计石墨烯将成为航天器,汽车,火车,飞机,甚至进入太空的电梯的未来建筑材料。

它的透明性和导热性使其成为未来柔性屏幕的理想之选,但这还不止于手机和平板电脑。 石墨烯也是超导体。 这意味着,尽管电池利用化学反应产生电子流,但石墨烯仅保留在电子上,直到您需要它们为止,而无需化学反应。 让我们面对现实吧–电池糟透了。 它们会死亡,需要数小时才能充电,并且它们可能会过热和爆炸,更不用说对环境造成的影响。 相比之下,石墨烯可以在几秒钟内将手机充满电,并且可以生物降解,这意味着完成后可以将其放入堆肥中。

三星已经在努力使用石墨烯球将石墨烯集成到其电池中。 结果是容量增加了45%,充电速度提高了5倍。 为三星手机充满电需要12分钟。 电池的温度也非常稳定。 石墨烯电池充电20分钟即可为您带来600公里的电动汽车行驶时间。

石墨烯的电子存储还使太阳能电池即使在下雨天也能工作。

石墨烯层是不可渗透的。 将其混合到橡胶或塑料之类的材料中可以使其不透气,从而可以使船舶和食物的安全性更长久。

氧化石墨烯膜可导致更便宜的干燥机用水,在世界上较贫穷的地方。 尽管当前的脱盐工艺昂贵且消耗大量能源,但在测试中显示集成石墨烯可将能耗降低多达46%,这使通常昂贵的脱盐水更加可承受。 关于氧化石墨烯及其对盐的渗透性,有一些障碍需要克服,但进展是一致的且很有希望。

其他潜在的应用包括过滤核废料(作为超级计算机的基础),以及构建更好的医疗扫描仪,晶体管和DNA测序仪。 通过将石墨烯直接嫁接到我们的细胞上,医生可以借助纳米机器人从内部监视我们的身体。 预计到2030年,生物应用将成为现实。

那么,为什么我们到处都看不到它呢?

石墨烯的劣势在于它很难制造。 到目前为止,科学家只能少量生产,其中最大的是一张信用卡大小的纸。 直到最近,我们甚至可以在实验室之外制造它。

为了生产信用卡大小的石墨烯,将大豆油在一片镍箔上加热到800摄氏度,使碳自身排列成一片石墨烯。 但这仍然是规模问题。 产生该材料的高产率方法导致了质量低劣的石墨烯块。 但是,这种纯度和规模的平衡与多年前生产硅所面对的相同。 该材料的应用和前景非常巨大,无法继续追求。