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石墨烯 – 一种可能改变世界的材料

   日期:2015-05-21     浏览:401    
核心提示:世界各地的科学家竞相寻找方法生产和应用一种新材料弹性十足、比钢坚固数百倍并且只有一个原子的厚度。如果他们成功了,石墨烯将
 世界各地的科学家竞相寻找方法生产和应用一种新材料——弹性十足、比钢坚固数百倍并且只有一个原子的厚度。如果他们成功了,石墨烯将会像塑料甚至铁一样对世界产生深远的变革影响。
石墨烯:一个需要牢记的单词

这种新材料问世还不到10年,却具备塑料刚刚被发明时的巨大前景,甚至可能具有和铁一样的变革力量(铁这种金属曾取代铜,成为建造起新的文明的金属)。

石墨烯2004年才刚刚被发现,成功将其分离的科学家获得了2010年度诺贝尔物理奖。这种纳米材料具有惊人的属性,让全世界的科学家、企业家以及高科技公司为之着迷。

那么什么是石墨烯呢?

基本上,它是仅有一个原子厚度的碳层。据估算,300万片石墨烯堆在一起的厚度约1毫米。它柔韧有弹性,但有极为坚硬,比钢坚固数百倍。它的导电性能非常好,熔点为3000摄氏度以上。

制造行业目前正在研究一些高度精密的材料,比如钛合金、单晶材料和碳纤维。人们不断研究这些材料,以寻找提升高耐热性、灵活性及其他特征的方法。如果石墨烯能够不负众望,将极大促进对这些属性的探寻。它可为更轻、更薄和更结实的建造物铺平道路,可用于从超轻飞机到脱盐工厂和超快计算机的各个方面。

市场上的石墨烯

迄今为止,这种材料的生产仍然成本极高,仅能进行研究性质的少量生产,目前还没有商业化生产的产品上市。然而,世界各地的公司和国家纷纷投入数亿美元进行研究。欧盟将石墨烯视作特殊项目,10年来已经拨款10几亿美元用于支持欧洲17个国家的研究机构和大型企业对其进行研究和开发。(http://www.graphene-flagship.eu)

耗费大量时间的过程

将全新材料投入大批量生产可能需要数十年之久。比如,碳纤维的发明可追溯到半个世纪之前。劳斯莱斯上世纪60年代将碳纤维用于飞机引擎压缩机叶片,但是实践证明叶片非常容易受到鸟类撞击力的损坏,公司计划只能中断。

首个可行的石墨烯商业产品预计2015年推出。产品可能是IBM、诺基亚或三星推出的电子产品,包括这些公司在内的很多企业竞先抢占市场先机。如果他们成功了,这将是一个从重大科学发现到产品上市异常迅速的范例。

韧性材料:

钛合金是钛和其他化学元素的混合物。钛合金强韧、质轻、抗腐蚀和耐高温。钛合金制造成本昂贵,限制了其使用。钛合金用于航空、跑车和军事应用等设备中,也用于牙科和矫形植入物等。

单晶材料的晶体结构持续不间断,无晶界。由于没有瑕疵,它们具有独一无二的属性。它们用于半导体以及高强度低热力蠕变材料制作的激光瞄准器的生产,如涡轮机叶片。

高温合金(HRSA)通常以镍、钴和镍铁为主要原料。它们强韧、抗蠕变,表面稳定性强,抗腐蚀和抗氧化。它们对加工要求严苛,用于飞机发动机的多个部件,包括压缩机、燃烧系统和涡轮机。

石墨烯是此处提及的材料中最薄、最强韧和最耐热的,但尚处于试验阶段。它由平面碳层构成,仅有一个原子厚。原子以蜂巢形状的格子框架排列。各行各业均期望这种材料能极大提高产品性能。

 
标签: 材料科学
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