石墨烯能做什么？運用石墨烯資料，手機屏幕能夠容易曲折甚至折疊

石墨烯的出現(xiàn)，有望給咱們的日子帶來驚喜。手機充電能夠“秒充”，手機屏幕能夠容易曲折甚至折疊，汽車能夠運用石墨烯導(dǎo)靜電輪胎，防止摩擦起電發(fā)生爆燃……從特種航天、電子信息到節(jié)能環(huán)保，使用石墨烯的特性，很多領(lǐng)域很或許都會發(fā)生巨大的變化。

用石墨烯替代硅，能夠進步電子芯片的功能。科研人員現(xiàn)在正把石墨烯的出產(chǎn)和運用引進半導(dǎo)體行業(yè)，石墨烯引發(fā)的技能革命很或許從咱們常見的小小芯片開端。電子芯片的基礎(chǔ)資料是硅。然而，隨著芯片上元器材越來越密集，最高端的芯片上，兩個元器材之間的距離現(xiàn)已不到10個納米，幾乎抵達硅資料的極限。想要繼續(xù)進步功能，該怎么辦？科研人員開端嘗試用石墨烯部分替代硅的作用。

“由石墨烯制作的器材，理論上頻率能夠到達硅的十倍甚至上百倍，能夠在特種上運用，大幅進步特種的分辨率。并且在通訊、成像上都有比較廣泛的運用。”孔月嬋介紹說，并且，當時石墨烯的研發(fā)出產(chǎn)設(shè)備和普通半導(dǎo)體器材出產(chǎn)設(shè)備一樣，現(xiàn)有的技能開發(fā)都能夠基于老練的設(shè)備和工藝，為后續(xù)的工程化研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。科研人員還在做另一件大事。他們讓石墨烯附著在厚度只要50納米的金箔上，然后用一套新的辦法，把石墨烯完整地搬運到柔軟的塑料片上。

孔月嬋說，石墨烯能夠經(jīng)過靈活的辦法搬運到任意科研人員希望的襯底上，比如電子器材上專用的一個塑料襯底，它具有柔性，也合適晶體管的制備過程。經(jīng)過特別的石墨烯搬運技能，將帶有石墨烯的金箔附著在了塑料片上，以之為基礎(chǔ)在這塊塑料片上制備出具有必定功能的電子器材。最要害的是，這樣的電子器材能夠輕松曲折。未來無論是能夠折疊的顯示屏幕，還是能夠植入人體的可穿戴設(shè)備，都或許靠這樣的石墨烯器材來實現(xiàn)。

石墨烯另一個被寄予厚望的運用領(lǐng)域是電能的貯存。在天津電源研討所，這里的科研人員正在開展最先進電容器的研討。電容器與電池一樣，都能用來貯存電能。它的優(yōu)勢在于充電速度快，幾分鐘就能充溢，并且能夠重復(fù)運用幾萬次。但它存儲的電量不如電池多，還無法經(jīng)過存儲足夠多的電能在日子里派上大用場。

“這是咱們現(xiàn)已做好的改性石墨烯配成的漿料，下一步咱們就把這些漿料經(jīng)過涂布機涂到鋁箔上，成為咱們石墨烯電容器所用的正極。”中國電科18所化學(xué)與物理電源技能特種科技要點實驗室常務(wù)副主任丁飛博士說，電容資料對電容器的功能有著至關(guān)重要的影響。經(jīng)過對石墨烯資料進一步改性研討，科研人員正在讓電容器的儲電才能一步一步向電池靠攏，而一起它具有的超快充電速度，能夠為人們的日子帶來更多的便當。“咱們正在做的改性石墨烯電容器，能夠幾分鐘充溢，其能量密度有望在一段時間之后，接近現(xiàn)有鋰電池的能量密度。”

能量密度是指在必定空間或質(zhì)量的物質(zhì)中貯存能量的大小，能量密度越高，就表示這種物質(zhì)的儲電才能越強。據(jù)丁飛介紹，現(xiàn)在他們所研發(fā)的改性石墨烯電容器的樣品，能量密度已到達傳統(tǒng)電容器的3倍以上。雖然還處于實驗室研討階段，但是石墨烯資料的強大才能讓研發(fā)團隊看到改性石墨烯電容器運用的寬廣前景。

未來，當充電設(shè)施越來越完善時，電動汽車運用石墨烯電池，或許花兩三分鐘就能夠把電充溢。

中國電科55所所長、微波毫米波單片集成和模塊電路要點實驗室主任高濤認為，即使在實驗室條件下，石墨烯的奇特功能依然沒有徹底釋放出來。一起，技能層面還存在著不少挑戰(zhàn)，真正大面積運用還有很長的路要走。但經(jīng)過加強需求和研討的結(jié)合，不斷在石墨烯資料的制備和器材研發(fā)方面獲得重要突破，石墨烯這種新一代戰(zhàn)略性新式資料將會極大改變?nèi)藗兊娜兆印?/p>

浙江大學(xué)使用石墨烯制成的“碳海綿”很輕，很容易被玻璃棒上的靜電吸附。龍巍攝

石墨烯是什么？現(xiàn)在世界上最薄最輕最強的資料，硬度比最強的鋼鐵還要強100倍

和金剛石一樣，石墨是碳元素的一種存在方式。不同的是，由于原子結(jié)構(gòu)不同，金剛石是地球上最堅固的東西，石墨則是最軟的礦物之一，常做成石墨棒和鉛筆芯。石墨烯便是從石墨資猜中剝離出來的，只由一層碳原子在平面上構(gòu)成。能夠說，石墨烯的特色之一便是薄，可謂現(xiàn)在世界上最薄的資料，只要一個原子那么厚，約0.3納米，是一張A4紙厚度的十萬分之一，頭發(fā)絲的五十萬分之一。一起，它又能導(dǎo)電，電子在石墨烯中的運動速度達1000千米/秒，是光速的1/300。輕薄、強韌、導(dǎo)電、導(dǎo)熱……石墨烯這些特性賦予人們很多幻想空間。

中國電科55所微波毫米波單片集成和模塊電路要點實驗室副主任孔月嬋博士介紹說，石墨烯的硬度十分強，比現(xiàn)在最強的鋼鐵還要強100倍；石墨烯的電子運轉(zhuǎn)速度也十分高，是硅的10倍，十分合適發(fā)展下一代超高頻電子器材。此外，石墨烯還是傳導(dǎo)熱量的高手，比最能導(dǎo)熱的金屬銀還要強10倍。

石墨烯的特性，也體現(xiàn)得很“好玩”。比如當一滴水在石墨烯外表滾動時，石墨烯能敏銳地“覺察”到細微的運動，并發(fā)生持續(xù)的電流。這種特性給科學(xué)家們供給了一種新思路來從水的活動中獲取電能。“石墨烯能夠?qū)蝹€電子進行感應(yīng)，帶電粒子在石墨烯外表的移動可引起石墨烯內(nèi)電子的快速移動，實現(xiàn)傳感和發(fā)電過程。”浙江大學(xué)信息電子工程學(xué)院副教授林時勝介紹說，石墨烯的這一特性在動力與電子傳感方面能夠有很多運用，比如在雨天能夠用涂有石墨烯的雨傘來進行發(fā)電，或者能夠做成活絡(luò)的傳感器材等。正是這些全面的功能，讓石墨烯受到了史無前例的重視，一些人甚至開端預(yù)言，石墨烯的出現(xiàn)將引領(lǐng)一場由資料進步而引發(fā)的工業(yè)革命。

石墨烯的獲取辦法世界上第一次得到單層石墨烯，是靠通明膠“粘”出來的

人們第一次獲取到石墨烯，用的是“簡略粗暴”的辦法。石墨烯本身存在于自然界。石墨烯是一層碳原子構(gòu)成的薄片，原子之間構(gòu)成一個六角形的環(huán)，環(huán)環(huán)相連構(gòu)成蜂窩狀的平面。它一層層疊起來便是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上悄悄劃過，留下的痕跡就或許是幾層到幾十層石墨烯。此前，碳的這種二維結(jié)構(gòu)方式一直存在于人們的猜測中，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。要害的難題，便是怎樣讓石墨分層到極薄的薄片。許多人在學(xué)生年代也都有這樣的經(jīng)歷，當在紙上寫錯字的時候，就會用通明膠帶，把錯字粘掉。但誰也沒有想到，便是這樣一個簡略的辦法，讓人們發(fā)現(xiàn)了神秘的石墨烯。

制作石墨烯，簡略說便是要把石墨變薄，不能靠切，不能靠磨，而要靠粘。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的海姆和諾沃肖洛夫，用通明膠將一塊石墨片重復(fù)張貼與撕開，石墨片的厚度逐步減小，最終構(gòu)成了厚度只要0.335納米的石墨烯，也便是只要一個原子厚度的石墨烯。這是世界上第一次得到單層的石墨烯，兩位科學(xué)家因而獲得了2010年度諾貝爾物理學(xué)獎。

中國電科55所微波毫米波單片集成和模塊電路要點實驗室高級工程師吳云博士給記者做了演示。他把一小片石墨片粘在膠帶上面，然后對它進行交疊的撕拉。粘了半個小時后，膠帶上面現(xiàn)已布滿了灰色的石墨，然后再用膠帶把這些石墨搬運到了一塊潔凈的硅片上。

吳云說，這時候看到的都不是石墨烯，由于石墨烯不僅十分薄，并且透光度到達97%以上，幾乎徹底通明，人的肉眼是根本看不到的，要找到它，還得經(jīng)過專用技能手段。但這現(xiàn)已是多層的石墨片，再經(jīng)過技能手段定位并確認層數(shù)，最終才能找到制作出的單層石墨烯。專家說，這只是最初出產(chǎn)石墨烯的辦法。膠帶紙張貼法演化而來的機械剝離法，只是實驗室制備石墨烯的一種辦法。現(xiàn)在，隨著技能進步，高質(zhì)量的石墨烯能夠被更多地出產(chǎn)出來。

不久前，清華大學(xué)的研討團隊發(fā)布了一項“智能石墨烯人工喉”的創(chuàng)造，使用多孔石墨烯資料的優(yōu)勢，制作出一種收發(fā)同體、合適穿戴的集成聲學(xué)器材，有望在未來解決聾啞人的“說話”難題。在國際上，英國劍橋大學(xué)等組織的研討人員則報告說，他們找到一種新辦法來“喚醒”石墨烯的超導(dǎo)性，“被喚醒”后的石墨烯能夠用于制作超級計算機等。石墨烯，可謂當時最熱的全新資料。在特種領(lǐng)域，人們用“難得的元素”描述輕得像空氣、堅固得像鋼鐵的功能完美的資料。此前，鈦合金算是最接近這一品質(zhì)的抱負之選，而“后起之秀”石墨烯則被認為向人類夢想的“難得的元素”更近了一步。