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石墨烯内部结构

2019-09-10 10:06:00

随着科学技术的不断发展,很多之前的认知也悄悄发生着改变。比如之前所认为的金刚石是最坚硬的物质,而现在科学证明石墨烯是强度最高的物质,比最好的钢铁还要高100倍。而这种比钻石还硬的物质是怎么得来的呢?

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钻石和石墨烯及其结构对比

首先介绍一下石墨,石墨是生活中常见的一种物质,比如说铅笔芯就是石墨。石墨是一种六边形的层状结构,每一个平面都是由碳原子形成的正六边形所连接起来的片层结构,层与层之间以范德华力结合起来。范德华力简单的来说就是一种很强的吸引力,让层与层之间结合起来。而石墨烯就是其中的一层,这种仅由一层碳原子构成的结构就是石墨烯。

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石墨结构图

早期,科学家就想将石墨分离成单层的结构,试着采用化学剥离法。将大分子的原子或分子嵌入到石墨的层与层之间,之后再经过化学反应,除去这些大原子或分子,就可以得到单层的石墨。但是这个实验的结果却是得到了一堆石墨烯烂泥,没有成功。之后,在2004年的时候,英国曼切斯特大学的安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫偶然的用胶带粘住石墨薄片的两侧,撕开胶带,石墨薄片也一分为二,如此反复,就得到了越来越薄的仅由一层碳原子构成的石墨薄片——石墨烯。因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖。

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石墨烯

而现在石墨烯的制备通常有4种方法,4种方法各有优缺点。1.机械剥离法,此种方法的优点是制备成本低,石墨烯缺陷少;缺点是制得的石墨烯尺寸很小,而且不能大规模制备。2.氧化还原法,将石墨先氧化,使层与层之间的距离增大,再经过超声,使层与层分离,之后再还原,去除其表面的含氧官能团,就得到了石墨烯。此方法的优点是原料成本低,缺点是制备的石墨烯缺陷多,性能较差。3.SiC外延生长法,此法制备的石墨烯尺寸较大,性能优异,缺点是成本高,设备很难达到。4.化学气相沉积法,此法的优点是石墨烯尺寸很大,可以大规模生产,缺点是制备的大都是多晶。

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石墨烯

实际生活中根据不同的要求选择不同的方法,你会采用的哪种方法呢

石墨烯概述

2019-09-10 10:04:00

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。未来的手机电池材料替代者,目前手机电池还在研发中,会搭载石墨烯电池,与现有的锂离子电池相比,其有望提升45%的电量、并且拥有更长的寿命。此外,作为一种性能更佳优异的电导体,石墨烯电池的充电速度也可以更快。石墨烯的基本特性是高强度的柔韧性、导热导电、光学性质。

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实际上石墨烯本来就存在于自然界,只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过,留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。石墨烯可以做成化学传感器、柔性显示屏、新能源电池、储氢材料、感光元件、海水淡化、复合材料、航空和生物领域。

石墨烯的发现是下一个科技时代开始,随着科技的进步,生产石制造石墨烯的厂家越来越多,石墨烯原材料价格也会下降,采用石墨烯的设备也会越来越多。目前手机厂商为了给主板散热会在主板上贴一层贴纸用来散热。

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石墨烯制成的电池可以改变手机的续航能力以及机身厚度,而且充电速度快。

目前新能源汽车都采用锂离子电池,续航时间和充电速度一直是一个难题,一旦采用石墨烯电池这些问题都会解决。

利用石墨烯导热快省电的功能,做成的衣物在冬季很暖和也很轻薄。

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石墨烯的提炼技术和方式在一点点成熟,或许在不久的将来会完全取代我们身边所常用的材料。一项新材料的诞生,往往都会是一个科技时代的改革。

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问诊石墨烯“狂热症”

2019-09-06 16:28:00

整个2016年,康斯坦丁˙诺沃肖洛夫都显得异常繁忙。

出席第三届石墨烯高峰论坛、获聘厦门大学名誉教授、出席2016浦江创新论坛、亲临世界移动大会并发表演讲,诺沃肖洛夫这位因为石墨烯而获得诺贝尔物理学奖的学者频繁地出现在中国各地。

最新的消息显示,诺沃肖洛夫出席了8月22日在广西南宁举办的2016石墨烯产业˙技术高峰论坛。

"我最享受的是在实验室里钻研石墨烯,去研究、探索它的一些新的性质。当然了,看到石墨烯这种材料它能够在很多领域,在很多相关方面得到应用,我也是特别地高兴。"  诺沃肖洛夫也坦言,为了让石墨烯在人们的日常生活得到更好地运用,还需要做很多的工作。

这也道出了石墨烯遇到的"窘境",科研学术热,投资热,在应用端的实际开发却偏少偏冷,石墨烯的产业化应用尚举步维艰。

"我们一般不投石墨烯企业。"有专注于新材料领域的资深投资人士告诉新材料在线,石墨烯应用的产品没有太多,而且每个领域应用优势不太明显,打着石墨烯旗号的企业又太多。

问世后的第12个年头,石墨烯的大规模应用仍晦暗不明。

石墨烯作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,被称为"黑金",是"新材料之王"。但当前国内对石墨烯材料的应用,还仅仅停留在对已有材料的改进方面,颠覆性的创新应用尚待开发。

但在石墨烯企业看来,一场石墨烯产业的盛宴俨然已经到来,企业要做的就是如何在这场盛宴中攫取更丰厚的利润和寻找到更大的市场空间。越来越多的企业开始步入到这场石墨烯的"爱恨"纠缠中。

盛宴

7月8日,东旭光电在钓鱼台举办了石墨烯基锂离子电池产品发布会,推出了世界首款石墨烯基锂离子电池产品——"烯王",这也是东旭光电推出的第一个直接面向消费者的石墨烯产品。现场,"烯王"15分钟充满4800mAh的超能力折服全场。

"烯王产品问世以来,来自石墨烯基锂离子电池应用端企业的调研及合作洽谈已经让公司企业有点应接不暇了,大家对石墨烯基锂离子电池的产业化充满期待。"东旭光电副总经理王忠辉在"Touch  Taiwan智能显示与触摸屏展览会"主题论坛现场表示,石墨烯基锂离子电池技术是是石墨烯业界翘首以盼的真正的杀手级应用。

银河证券在研报中也表示,烯王的问世,迈出了石墨烯产业化的重要一步。

被称为新材料"黑金"的石墨烯,是2004年由英国曼彻斯特大学物理学家安德烈˙盖姆和康斯坦丁˙诺沃肖洛夫发现的一种碳的同素异形体,这种厚度只有一个原子的碳薄膜具有独特的机械和电子性能,不仅可用于显示屏、电路,覆盖新能源产业的各个领域,同时在防腐涂料、功能纺织品、橡胶制品、显示器件等领域也有广阔的应用空间。

基于石墨烯的特殊性能,在问世后,多个国家政府和众多企业都投入了巨资展开了对石墨烯研发及应用开发。

石墨烯的特性


Source:赛瑞研究整理

中国石墨烯产业联盟的数据统计显示,目前全球石墨烯年产能达到百吨级,未来五年到十年将达到千吨级。预计到2020年,全球石墨烯市场规模将超1000亿元。

据新材料在线不完全统计,仅2016年,以石墨烯为主题的会议论坛就高达十数场,分布地域既包含了北上深这样的重点城市,也涵盖了西安、南宁这样的西南和西北重镇,石墨烯之热可见一斑。

就在近日,华为宣布与曼彻斯特大学合作研究石墨烯的应用,该项目合作期初定为两年,研究如何将石墨烯领域的突破性成果应用于消费电子产品和移动通信设备。

有评论表示,对于华为这几年的另一项拳头产品——手机来说,石墨烯更能带来翻天覆地的变化:手机中有大量的芯片,比如音频芯片、视频芯片、电源管理芯片、能够获得更好拍照效果的ISP芯片、WIFI芯片、CPU、GPU、基带(某些厂商可能会将这些芯片集成为SOC)等等,如果这些芯片都使用石墨烯材料制造,那么手机芯片的性能将会大幅提升,同时功耗将大幅下降。

据新材料在线根据上市公司公告等公开数据统计,目前已经有超过30家上市公司投资了石墨烯。

石墨烯的各种应用传言更是铺天盖地,其中虽然有很多过于浮夸,神话石墨烯的言论,但也可以看出石墨烯未来巨大的应用潜能和产业界对此寄予的殷殷之情。

巨大的市场空间和对石墨烯未来广阔应用领域的无限遐想开启了一场石墨烯的盛宴。