石墨烯革命:埃及科学家打开未来科技新大门

Nanotech Energy公司生产的石墨烯电池 [半岛电视台]
Nanotech Energy公司生产的石墨烯电池 [半岛电视台]
材料一直是人类未来的定义。每种新材料的发现,彻底改变我们适应世界的方式,我们甚至以导致变革的工具去命名古代人类时代,例如石器时代、青铜时代和铁器时代。
 
在每一个阶段,科技完全依赖于这些材料,至于现在,我们似乎正处于新时代的门槛,那就是石墨烯时代。
 
石墨烯时代

几天前,Nanotech Energy公司宣布其研究团队已找到生产石墨烯的最佳方式,一克石墨烯的表面积展开后能达到2500平方米,意味着比最接近的竞争对手获得了大幅度突破,这些竞争公司只能达到400到500平方米/克的水平。
 
“石墨烯是一场真正的革命。”Nanotech Energy创始人之一、研究主任埃及人马希尔·卡迪对半岛网表示。他也是加州大学博士后研究员。
 
“有人称之为令人惊叹的材料,因为它具有独特的性能,使其成为电子技术革命性变革的候选材料。”他补充道。
 
简单地说,石墨烯是一种碳。你用铅笔在白纸上书写时,相当于你在纸上放了一层很薄的碳原子。
 
然而,尽管写在纸上的这些碳极其薄,但它含有大量的碳原子层,人类一根头发的厚度相当于一百万个原子。
 
石墨烯革命开始于2004年,安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)两人突然宣布成功直接从石墨(铅笔中的材料)中剥离出来石墨烯,石墨烯原子具有像一张铁丝网似的六角形阵列排列方式。
 

马希尔·卡迪:石墨烯是一场真正的革命(半岛网)
 
超级属性
 
他们因发现石墨烯而获得2010年诺贝尔化学奖。自问世以来,世界各地的研究人员开始关注可以如何将石墨烯应用于技术。
 
那时,马希尔已在加州大学开始他的博士研究。他的第一次尝试是大量生产石墨烯。
 
石墨烯拥有的特性,使其对技术的重要性超过任何其他材料,其中有几种性质非常重要:首先是它的韧性,它能够承受压力;第二是超导,石墨烯表面上的电荷几乎没有电阻;第三是柔软性,可以制成任何形状形式和折叠。第四是它是透明的,其厚度只有一个原子。

马希尔通过一个巧妙的想法,实现石墨烯的大量生产,即将氧化石墨通过热还原方法转化为石墨烯。此后,他开始建立一家从事石墨烯技术的新公司。

 
该公司首先着重生产更节能、能在几秒钟内充满电的电池。
 

由Nanotech Energy生产的石墨烯墨(半岛网)
 
石墨烯墨水
 
马希尔解释说,在普通电池中,能量是通过化学反应产生的。对于石墨烯,能量电荷附在其表面,仅通过其物理性质移动。
 
他表示,普通手机的电池与石墨烯电池的区别在于:在第一种情况下,电池需要一系列相互作用来储存能量,这个过程需要一定时间;在第二种情况下,电池不需要这些相互作用,所以速度更快,从而可以在几秒钟内使电池完全充电。

石墨烯电池的一个优点是它能够携带更多的电荷,因为石墨烯只有一层碳原子,这意味着,理论上,一克石墨烯可以填满十个足球场。

 
正如马希尔所说,将所有这些面积折叠成一个小电池相当于储存着非常多的能量,这将为电动汽车的革命性未来打开大门。
 
另一方面,马希尔所带领的研究部门正在努力改进 “石墨烯墨水”的生产,这种石墨烯粉末可以印刷在电子处理器板上。
 
粉末可作为晶体管的替代品,后者面临着这样一个问题,即科学家无法提高它们的数量,以开发微型计算机。所以除了超级属性,石墨烯还可以替代它。
 

碳纳米管(Pixabay)
 
未来的挑战
 
马希尔表示,石墨烯面临的问题一直与石墨层的厚度有关,石墨烯层数每增加一层原子层,其性能质量越低。问题是石墨烯倾向于像书页一样相互粘结在一起。
 
因此,该领域的科学研究目标总是接近理论极限,即一克石墨烯展开面积为2630平方米,马希尔表示,“在这一点,我们有了新发现。”
 
因此马希尔表示,Nanotech Energy最近的成功是改进生产石墨烯的重要一步,这反过来,又会提高我们在比预期的要早的时间内获得革命性石墨烯产品的机会。
 
在这种革命中,这种新材料不仅要比以往更好,而且必须有新的属性,从而使用时产生质的转变,这就是为什么石墨烯需要时间来证明其存在的原因。
 
15年来,大量的研究人员致力于达到石墨烯的最终起点,使石墨烯走进科技的方方面面,我们似乎正在前进。
来源 : 半岛电视台

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