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石墨烯,非凡之薄妙用多

2019-10-09 17:45:14来源:励志吧0次阅读

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构新材料,是人类迄今为止发现的最薄、也是强度最大的二维材料,因其超强的坚硬度、非凡的导电性和极佳的透光性,被称为“改变21世纪的材料”。然而,由于制备成本高,石墨烯的产业化应用迟迟举步不前。波兰科学家近期发明的石墨烯制备方法,使石墨烯的产业化生产成为可能。

自英国的两位科学家在2004年成功分离出石墨烯这一神奇的纳米材料后,低成本、高质量和大尺寸的石墨烯制备方法成了全球产业界和科研人员的攻坚目标。目前常见的石墨烯制备方法有物理剥离法和化学沉积法,前者是实验室获取高纯度石墨烯的最重要手段,缺点是石墨烯的尺寸小且价格昂贵;化学方法虽然可以制备出大面积的石墨烯,但纯度和质量都较低。

波兰电子材料技术研究所石墨烯研究室主任沃基米什·斯图宾斯基博士的最新专利技术,在石墨烯制备方法上实现了突破。同此前对碳化硅进行高温加热、在硅原子蒸发分解后提取石墨烯的过程相反,新的制备方法可以在相对低温的条件下对碳化硅进行加碳处理,无需高温分解硅原子即可获得高纯度的石墨烯,制备时间只有常规方法的1/10,价格也能降低到每平方厘米70美元。如果进行规模化生产,费用还将大幅降低,完全可以达到目前工业用硅的价格水平。与此同时,用该办法制备而成的石墨烯,质量也较之前大幅提升。斯图宾斯基博士也因这项研究成果获得2012年度波兰杰出科技成就奖。

据波兰电子材料技术研究所所长齐格蒙特·乌钦斯基博士介绍,石墨烯是材料家族的新星,在电子、航天、新能源和半导体等众多领域有着无比广阔的应用潜力。石墨烯优良的导电性有可能取代硅成为超微型晶体管的制作材料,可使计算机的速度更快;其轻盈坚韧的特性,又是制作超轻防弹衣、超轻飞机材料的首选。最新的研究表明,利用纳米技术可以把石墨烯制成一种DNA感测器,用来探测DNA链的旋转和位置结构,为基因组测序技术开辟一条新路径。

近年来,关于石墨烯的科学研究进展迅速,其产业化应用也如箭在弦上。据预测,石墨烯一旦批量生产,将在触摸屏、储能电池、传感器、半导体、航空航天、军工、生物医药等领域大展宏图,成为下一个万亿级产业。巨大的市场前景,使得世界各国掀起了石墨烯研发和投资热潮。据不完全统计,2012年世界各国共有3520项有关石墨烯的研究申请了专利,但其中绝大多数仍未走出实验室。因此,新的石墨烯制备技术最终能否造福人类,最终取决于其能否顺利投入产业化生产。

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