石墨烯能做什么？使用石墨烯資料，手機(jī)屏幕可以輕易曲折乃至折疊

石墨烯的呈現(xiàn)，有望給咱們的日子帶來驚喜。手機(jī)充電可以“秒充”，手機(jī)屏幕可以輕易曲折乃至折疊，汽車可以使用石墨烯導(dǎo)靜電輪胎，避免沖突起電發(fā)作爆燃……從特種航天、電子信息到節(jié)能環(huán)保，利用石墨烯的特性，許多范疇很可能都會發(fā)作巨大的變化。

用石墨烯代替硅，可以前進(jìn)電子芯片的功能。科研人員現(xiàn)在正把石墨烯的生產(chǎn)和使用引進(jìn)半導(dǎo)體行業(yè)，石墨烯引發(fā)的技能革命很可能從咱們常見的小小芯片開端。電子芯片的根底資料是硅。然而，跟著芯片上元器材越來越密集，最高端的芯片上，兩個(gè)元器材之間的距離現(xiàn)已不到10個(gè)納米，幾乎到達(dá)硅資料的極限。想要繼續(xù)前進(jìn)功能，該怎么辦？科研人員開端嘗試用石墨烯部分代替硅的作用。

“由石墨烯制作的器材，理論上頻率可以達(dá)到硅的十倍乃至上百倍，可以在特種上使用，大幅前進(jìn)特種的分辨率。并且在通訊、成像上都有比較廣泛的使用。”孔月嬋介紹說，并且，當(dāng)時(shí)石墨烯的研發(fā)作產(chǎn)設(shè)備和普通半導(dǎo)體器材生產(chǎn)設(shè)備相同，現(xiàn)有的技能開發(fā)都可以根據(jù)成熟的設(shè)備和工藝，為后續(xù)的工程化研發(fā)奠定了根底。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，把石墨烯完整地轉(zhuǎn)移到柔軟的塑料片上。

孔月嬋說，石墨烯可以經(jīng)過靈活的辦法轉(zhuǎn)移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(gè)塑料襯底，它具備柔性，也合適晶體管的制備進(jìn)程。經(jīng)過特別的石墨烯轉(zhuǎn)移技能，將帶有石墨烯的金箔附著在了塑料片上，以之為根底在這塊塑料片上制備出具有一定功能的電子器材。最要害的是，這樣的電子器材可以輕松曲折。未來無論是可以折疊的顯現(xiàn)屏幕，仍是可以植入人體的可穿戴設(shè)備，都可能靠這樣的石墨烯器材來完成。

石墨烯另一個(gè)被寄予厚望的使用范疇是電能的貯存。在天津電源研討所，這兒的科研人員正在開展最先進(jìn)電容器的研討。電容器與電池相同，都能用來貯存電能。它的優(yōu)勢在于充電速度快，幾分鐘就能充滿，并且可以重復(fù)使用幾萬次。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(jī)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jìn)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挨近，而一起它具有的超快充電速度，可以為人們的日子帶來更多的便利。“咱們正在做的改性石墨烯電容器，可以幾分鐘充滿，其能量密度有望在一段時(shí)間之后，接近現(xiàn)有鋰電池的能量密度。”

能量密度是指在一定空間或質(zhì)量的物質(zhì)中貯存能量的巨細(xì)，能量密度越高，就表示這種物質(zhì)的儲電才能越強(qiáng)。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，能量密度已達(dá)到傳統(tǒng)電容器的3倍以上。盡管還處于實(shí)驗(yàn)室研討階段，但是石墨烯資料的強(qiáng)壯才能讓研發(fā)團(tuán)隊(duì)看到改性石墨烯電容器使用的寬廣前景。

未來，當(dāng)充電設(shè)施越來越完善時(shí)，電動汽車使用石墨烯電池，可能花兩三分鐘就可以把電充滿。

中國電科55所所長、微波毫米波單片集成和模塊電路要點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任高濤以為，即使在實(shí)驗(yàn)室條件下，石墨烯的神奇功能依然沒有完全釋放出來。一起，技能層面還存在著不少挑戰(zhàn)，真正大面積使用還有很長的路要走。但經(jīng)過加強(qiáng)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)方面取得重要突破，石墨烯這種新一代戰(zhàn)略性新興資料將會極大改動人們的日子。

浙江大學(xué)利用石墨烯制成的“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(qiáng)的資料，硬度比最強(qiáng)的鋼鐵還要強(qiáng)100倍

和金剛石相同，石墨是碳元素的一種存在形式。不同的是，由于原子結(jié)構(gòu)不同，金剛石是地球上最堅(jiān)硬的東西，石墨則是最軟的礦藏之一，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。可以說，石墨烯的特點(diǎn)之一便是薄，堪稱現(xiàn)在世界上最薄的資料，只要一個(gè)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(yùn)動速度達(dá)1000千米/秒，是光速的1/300。輕薄、強(qiáng)韌、導(dǎo)電、導(dǎo)熱……石墨烯這些特性賦予人們許多幻想空間。

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

石墨烯的特性，也體現(xiàn)得很“好玩”。比如當(dāng)一滴水在石墨烯外表滾動時(shí)，石墨烯能敏銳地“覺察”到纖細(xì)的運(yùn)動，并產(chǎn)生持續(xù)的電流。這種特性給科學(xué)家們提供了一種新思路來從水的活動中獲取電能。“石墨烯可以對單個(gè)電子進(jìn)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，完成傳感和發(fā)電進(jìn)程。”浙江大學(xué)信息電子工程學(xué)院副教授林時(shí)勝介紹說，石墨烯的這一特性在動力與電子傳感方面可以有許多使用，比如在雨天可以用涂有石墨烯的雨傘來進(jìn)行發(fā)電，或許可以做成靈敏的傳感器材等。正是這些全面的功能，讓石墨烯受到了史無前例的重視，一些人乃至開端預(yù)言，石墨烯的呈現(xiàn)將引領(lǐng)一場由資料前進(jìn)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，是靠透明膠“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。石墨烯自身存在于自然界。石墨烯是一層碳原子形成的薄片，原子之間形成一個(gè)六角形的環(huán)，環(huán)環(huán)相連形成蜂窩狀的平面。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。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層到幾十層石墨烯。此前，碳的這種二維結(jié)構(gòu)形式一直存在于人們的猜想中，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)生時(shí)代也都有這樣的閱歷，當(dāng)在紙上寫錯字的時(shí)候，就會用透明膠帶，把錯字粘掉。但誰也沒有想到，便是這樣一個(gè)簡略的辦法，讓人們發(fā)現(xiàn)了奧秘的石墨烯。

制造石墨烯，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，用透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，終究形成了厚度只要0.335納米的石墨烯，也便是只要一個(gè)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行交疊的撕拉。粘了半個(gè)小時(shí)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轉(zhuǎn)移到了一塊干凈的硅片上。

吳云說，這時(shí)候看到的都不是石墨烯，因?yàn)槭┎恢皇直。⑶彝腹舛冗_(dá)到97%以上，幾乎完全透明，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定層數(shù)，終究才能找到制作出的單層石墨烯。專家說，這只是開始生產(chǎn)石墨烯的辦法。膠帶紙張貼法演化而來的機(jī)械剝離法，只是實(shí)驗(yàn)室制備石墨烯的一種辦法。現(xiàn)在，跟著技能前進(jìn)，高質(zhì)量的石墨烯可以被更多地生產(chǎn)出來。

不久前，清華大學(xué)的研討團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一項(xiàng)“智能石墨烯人工喉”的創(chuàng)造，利用多孔石墨烯資料的優(yōu)勢，制造出一種收發(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陳述說，他們找到一種新辦法來“喚醒”石墨烯的超導(dǎo)性，“被喚醒”后的石墨烯可以用于制造超級計(jì)算機(jī)等。石墨烯，堪稱當(dāng)時(shí)最熱的全新資料。在特種范疇，人們用“可貴的元素”描述輕得像空氣、堅(jiān)硬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(fù)之選，而“后起之秀”石墨烯則被以為向人類愿望的“可貴的元素”更近了一步。