神奇材料石墨烯

神奇材料石墨烯

石墨烯是一種由單層碳原子組成的透明薄膜，它是一種蜂窩狀晶格。它是世界上為數不多的具有透明、導電和柔韌特性的材料之一。這三種屬性很少出現在同一種材料上，所以又稱神奇材料，十年前石墨烯還不為人所知。今天，它巨大的潛力引發了無盡的遐想。

石墨在我們的日常生活中經常被使用，例如筆芯；然而，與之分離的石墨烯就像從科幻電影中提取的石墨烯一樣神奇。鉛筆芯的發現為發現石墨烯的人帶來了諾貝爾物理學獎，據《紐約時報》報道，石墨烯有可能顛覆目前所有的電子學。是材料和電子工業未來的救命稻草。

2004年，物理學家安德烈·海姆（AndreHeim）和康斯坦丁·諾沃索洛夫（ConstantineNovosholov）在一張紙上用透明膠帶粘在一起，紙上用鉛筆寫字。

這兩個人偶然發現，他們可以把像鉛筆芯一樣的石墨撕成小塊，從碎片中剝離出薄薄的石墨片，然后用普通膠帶粘在石墨片的兩邊，撕下膠帶，在重復的過程中，使石墨片越來越薄，最后制成圖形。由一層碳原子組成的烯。

通過這種結合，他們剝離了石墨烯，然后發現石墨烯原子有潛力成為新材料，因為它們獨特的六邊形排列，像金屬絲網一樣。它由排列成特殊結構的碳原子組成，具有比任何其他材料更好的熱導率和導電率。更令人驚訝的是，它是n它不僅是世界上最硬的材料，也是最靈活的。

石墨烯是世界上為數不多的具有透明、導電和柔韌性能的材料之一。專家們聲稱這三種特性很少出現在同一種材料上。石墨烯只是一層厚碳原子，因此被稱為神奇材料。

2010年，安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫共同獲得了諾貝爾物理學獎的最高榮譽，他們在二維材料石墨烯上進行了開創性的實驗。評審委員會認為，這將有助于物理學家在量子物理學領域取得新的突破。

盡管石墨烯早在10年前就被發現了，但在2010年，兩位研究人員在真正引起人們注意之前就獲得了諾貝爾物理學獎。研究人員和大公司開始關注如何將石墨烯的生產商業化。與石墨烯有關的應用研究已經顯示出初步的結果。

物理學家和研究人員說，由于石墨烯可以使電子產品的屏幕更清晰、更靈活，這些產品將比過去使用硅材料的設備更薄、更快、更便宜。此外，使用壽命長的電池也可以防水。

2011年，美國西北大學的研究人員用石墨烯和硅制造電池。該大學說，這些電池可以用于手機電池一周，每次只充電15分鐘。

2012年，美國化學學會（American Chemical Society）表示，石墨烯的技術進步將使手機像紙一樣薄，并折疊成口袋。媒體報道稱，研究人員正在開發一系列基于石墨烯的傳感器，包括比以往更小的氣體傳感器、生物傳感器和光傳感器。

不久前，三星先進技術研究所的研究人員與韓國的關承軍大學合作，稱三星已經找到了一種在硅片上生產高質量石墨烯的方法。三星在一份聲明中說，這些技術進步意味著公司可以開始生產柔性顯示器，我們耕地產品和其他下一代電子產品。一些批評人士指出，三星的突破最終將成為石墨烯商業化的救命稻草。三星并不是唯一研究石墨烯的科技公司。IBM、Nokia和Sandisk的研究人員正試圖用石墨烯材料制造新的傳感器、晶體管和存儲器。

石墨烯最大的優點是價格低廉。當今電子行業的許多產品都可以使用石墨烯使其更好、更小、更便宜。加州大學伯克利分校的科學家去年制造了一種石墨烯揚聲器，其音質與森海塞爾耳機相同或更好，而且更小。什么是迷人的AB石墨烯可以不被氧化而浸入液體中，這與其他導電材料完全不同。研究人員說，石墨烯研究正朝著將電子產品與生物系統結合的方向轉變。換句話說，未來的石墨烯產品可以植入人體，閱讀神經系統信息或與細胞交談。

傳統的集成電路晶體管是由硅制成的。著名的摩爾定律在20世紀70年代預測晶體管的性能將每兩年翻一番。但近年來，由于晶體管的尺寸在縮小，集成度越來越接近其物理極限，越來越多的科學家質疑這一著名的預測。微型化使F晶體管導致元件發熱，也大大降低了電子器件的性能。每升高10度，電子設備的壽命就會受到一半的損壞。

石墨烯材料制成的芯片可以使元器件的溫度保持在較低的水平，從而進一步促進電子設備的小型化，電子工業甚至相信石墨烯將來將在任何地方取代硅，這將引發電子工業的革命。

在國外，石墨烯材料的研究和開發受到了極大的關注，2013年1月，歐盟委員會宣布將石墨烯和人腦工程作為未來兩個新的旗艦技術項目，并制定了專門的研發計劃，每項計劃在未來10年內將獲得10億歐元的收益。我國石墨烯材料的奇異性逐漸引起了政府、學術界和商界的關注，2012年工業和信息化部發布了《新材料產業發展十二五規劃》。計劃中最先進的新材料包括石墨烯。科技部也明確表示將支持石墨烯材料的研究。

我國石墨烯的研發起步較晚，但發展迅速，2013年7月13日，中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟成立，江蘇、浙江、深圳、上海、山東、福建、遼寧、重慶、黑龍江、中國科學院于年成立。多種形式的產業技術聯盟，促進創新資源優化和創新產業化進程。

自從石墨烯被發現以來，研究人員已經齊心協力開發這種材料的商業用途，例如用晶體硅代替芯片應用，用負材料制造離子電池和超級電容器，以及制造柔性觸摸屏。

目前，研究的重點已經轉移到石墨烯與其它屬的結合應用上，以太陽能研究與開發為例，麻省理工大學設計了一種由石墨烯和二硫化物構成的新型光伏電池，與目前最小的光伏電池相比，這種新型的光伏電池l每單位體積能產生30倍的能量。科學家目前正在研究如何將石墨烯與硫族化合物結合，形成新的材料，使涂層能夠發電。

然而，科學家眼中沒有奇跡，石墨烯的工業化不是一朝一夕就能實現的，目前石墨的成本仍然很高，而且在某些情況下，石墨的性能不如硅，同時，石墨的微量毒性還沒有得到充分考慮，更重要的是，工業界對石墨烯的研究還遠遠不夠。美國使用傳統的硅芯片和晶體管制造電子產品，而大型公司可能很難接受石墨烯。

2011年，美國西北大學的研究人員用石墨烯和硅制造電池。該大學說，這些電池可以用于手機電池一周，每次只充電15分鐘。

此外，特斯拉在電池技術上的創新也將引起市場對提高鋰電池能量密度的材料的關注，石墨烯具有高導電性和良好的柔韌性，是柔性儲能裝置的理想候選材料之一，石墨烯復合材料是鋰的陽極材料。M離子電池可以大大提高陽極材料的電容和高速充放電性能。

隨著石墨烯的出現，高頻上升的發展前景似乎無限廣闊，這也使得石墨烯在微電子領域具有巨大的應用潛力，研究人員甚至將石墨烯視為硅的替代品，可用于制造未來的超級計算機。

據三星先進技術研究所的研究人員與韓國城軍關大學合作，三星已經找到了在硅片上制造高質量石墨烯的方法。三星在一份聲明中說，這些技術進步意味著三星可以開始制造柔性顯示器、可穿戴產品和其他新一代電子產品。

中國科學院上海分院的科學家們發現，石墨烯氧化物在抑制大腸桿菌生長的同時不損害人體細胞，是非常有效的。如果石墨烯氧化物對其他細菌也具有抗菌作用，則可能會發現一系列新的應用，如自動除臭的鞋子，或是抗真菌的鞋子。保存食物的ESH包裝。

去年，比爾和梅林達蓋茨基金會為使用石墨烯制造更薄、更輕、更強避孕套的科學家頒發了100000美元的獎金。

南洋理工大學的學者們開發了一種以石墨烯為感光材料的新型光敏元件。預計通過其特殊的結構，光敏元件的光敏性能比傳統的CMOS或CCD高1000倍，能耗僅為原器件的1/10。

基于石墨烯的一系列傳感器已經被開發出來，包括氣體傳感器、生物傳感器和光傳感器，它們比以前更小，可以植入人體，閱讀神經系統信息或與細胞交談。

基于石墨烯的新材料可以減輕飛機重量，從而降低燃油消耗和二氧化碳排放。此外，氧化是制造飛機駕駛艙屏蔽電極不可缺少的材料，但成本非常昂貴，石墨烯有望取代它。

由于導電石墨烯的厚度小于DNA鏈中相鄰堿基之間的距離以及DNA中四個堿基之間的電子指紋，因此石墨烯有望實現直接、快速、低成本的基因電子測序技術。

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