“撕出来的”诺贝尔奖——石墨烯

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  2004年,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆(AndreGeim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(KonstantinNovoselov)发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从高定向热解石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。不断地这样操作,薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯(Graphene)。

  石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。它是迄今为止已知的最薄、最轻、强度最高、导电导热性佳、透光率高的新兴材料,被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料”。

  石墨烯可以做成化学传感器,这个过程主要是通过石墨烯的表面吸附性能来完成的,石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感。石墨烯是电化学生物传感器的理想材料,石墨烯制成的传感器在医学上检测多巴胺、葡萄糖等具有良好的灵敏性。

  石墨烯可以用来制作晶体管,由于石墨烯结构的高度稳定性,石墨烯中电子对外场的反应速度超快这一特点,又使得由它制成的晶体管可以达到极高的工作频率。

  柔性显示未来市场广阔,作为基础材料的石墨烯前景也被看好。研究人员表示,从理论上来讲,人们可以卷起智能手机,然后像铅笔一样将其别在耳后。

  新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域。石墨烯超级电池的成功研发,也解决了新能源汽车电池的容量不足,以及充电时间长的问题,极大加速了新能源电池产业的发展。这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道路。

  由于高导电性、高强度、超轻薄等特性,石墨烯在航天军工领域的应用优势也是极为突出的。2014年,美国NASA开发出应用于航天领域的石墨烯传感器,就能很好地对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进行检测。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用。

  基于石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向,目前,石墨烯复合材料的研究主要集中在石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料上。而随着对石墨烯研究的深入,石墨烯增强体在块体金属基复合材料中的应用也越来越受到人们的重视。

  煜和石墨及石墨烯科技馆位于河南省新乡市凤泉区产业集聚区25号厂房,建设12个小馆,总规划2000平方米,展示石墨烯的前世今生及未来。这里汇聚了来自境内外六大院士团队的智慧与科技成果,展示了石墨及石墨烯的广泛应用场景及面对未来的无限可能。欢迎各界人士莅临参观,与煜和同行,感受新材料科技的魅力。(周冰洋)