石墨烯能做什么？運(yùn)用石墨烯資料，手機(jī)屏幕能夠容易曲折甚至折疊

石墨烯的出現(xiàn)，有望給咱們的日子帶來驚喜。手機(jī)充電能夠“秒充”，手機(jī)屏幕能夠容易曲折甚至折疊，汽車能夠運(yùn)用石墨烯導(dǎo)靜電輪胎，防止摩擦起電發(fā)生爆燃……從特種航天、電子信息到節(jié)能環(huán)保，使用石墨烯的特性，很多領(lǐng)域很或許都會發(fā)生巨大的變化。

用石墨烯替代硅，能夠進(jìn)步電子芯片的功能?？蒲腥藛T現(xiàn)在正把石墨烯的出產(chǎn)和運(yùn)用引進(jìn)半導(dǎo)體行業(yè)，石墨烯引發(fā)的技能革命很或許從咱們常見的小小芯片開端。電子芯片的基礎(chǔ)資料是硅。然而，隨著芯片上元器材越來越密集，最高端的芯片上，兩個元器材之間的距離現(xiàn)已不到10個納米，幾乎抵達(dá)硅資料的極限。想要繼續(xù)進(jìn)步功能，該怎么辦？科研人員開端嘗試用石墨烯部分替代硅的作用。

“由石墨烯制作的器材，理論上頻率能夠到達(dá)硅的十倍甚至上百倍，能夠在特種上運(yùn)用，大幅進(jìn)步特種的分辨率。并且在通訊、成像上都有比較廣泛的運(yùn)用?！笨自聥冉榻B說，并且，當(dāng)時石墨烯的研發(fā)出產(chǎn)設(shè)備和普通半導(dǎo)體器材出產(chǎn)設(shè)備一樣，現(xiàn)有的技能開發(fā)都能夠基于老練的設(shè)備和工藝，為后續(xù)的工程化研發(fā)奠定了基礎(chǔ)?？蒲腥藛T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，把石墨烯完整地搬運(yùn)到柔軟的塑料片上。

孔月嬋說，石墨烯能夠經(jīng)過靈活的辦法搬運(yùn)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塑料襯底，它具有柔性，也合適晶體管的制備過程。經(jīng)過特別的石墨烯搬運(yùn)技能，將帶有石墨烯的金箔附著在了塑料片上，以之為基礎(chǔ)在這塊塑料片上制備出具有必定功能的電子器材。最要害的是，這樣的電子器材能夠輕松曲折。未來無論是能夠折疊的顯示屏幕，還是能夠植入人體的可穿戴設(shè)備，都或許靠這樣的石墨烯器材來實(shí)現(xiàn)。

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石墨烯另一個被寄予厚望的運(yùn)用領(lǐng)域是電能的貯存。在天津電源研討所，這里的科研人員正在開展最先進(jìn)電容器的研討。電容器與電池一樣，都能用來貯存電能。它的優(yōu)勢在于充電速度快，幾分鐘就能充溢，并且能夠重復(fù)運(yùn)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?！敝袊娍?8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靠攏，而一起它具有的超快充電速度，能夠?yàn)槿藗兊娜兆訋砀嗟谋惝?dāng)?！霸蹅冋谧龅母男允╇娙萜?，能夠幾分鐘充溢，其能量密度有望在一段時間之后，接近現(xiàn)有鋰電池的能量密度。”

能量密度是指在必定空間或質(zhì)量的物質(zhì)中貯存能量的大小，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，能量密度已到達(dá)傳統(tǒng)電容器的3倍以上。雖然還處于實(shí)驗(yàn)室研討階段，但是石墨烯資料的強(qiáng)大才能讓研發(fā)團(tuán)隊看到改性石墨烯電容器運(yùn)用的寬廣前景。

未來，當(dāng)充電設(shè)施越來越完善時，電動汽車運(yùn)用石墨烯電池，或許花兩三分鐘就能夠把電充溢。

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)室主任高濤認(rèn)為，即使在實(shí)驗(yàn)室條件下，石墨烯的奇特功能依然沒有徹底釋放出來。一起，技能層面還存在著不少挑戰(zhàn)，真正大面積運(yùn)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)方面獲得重要突破，石墨烯這種新一代戰(zhàn)略性新式資料將會極大改變?nèi)藗兊娜兆印?/p>

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浙江大學(xué)使用石墨烯制成的“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

和金剛石一樣，石墨是碳元素的一種存在方式。不同的是，由于原子結(jié)構(gòu)不同，金剛石是地球上最堅固的東西，石墨則是最軟的礦物之一，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。能夠說，石墨烯的特色之一便是薄，可謂現(xiàn)在世界上最薄的資料，只要一個原子那么厚，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很多幻想空間。

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)轉(zhuǎn)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，石墨烯還是傳導(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，石墨烯能敏銳地“覺察”到細(xì)微的運(yùn)動，并發(fā)生持續(xù)的電流。這種特性給科學(xué)家們供給了一種新思路來從水的活動中獲取電能?！笆┠軌?qū)蝹€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，實(shí)現(xiàn)傳感和發(fā)電過程?！闭憬髮W(xué)信息電子工程學(xué)院副教授林時勝介紹說，石墨烯的這一特性在動力與電子傳感方面能夠有很多運(yùn)用，比如在雨天能夠用涂有石墨烯的雨傘來進(jìn)行發(fā)電，或者能夠做成活絡(luò)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，一些人甚至開端預(yù)言，石墨烯的出現(xiàn)將引領(lǐng)一場由資料進(jìn)步而引發(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，是靠通明膠“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。石墨烯本身存在于自然界。石墨烯是一層碳原子構(gòu)成的薄片，原子之間構(gòu)成一個六角形的環(huán)，環(huán)環(huán)相連構(gòu)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。鉛筆在紙上悄悄劃過，留下的痕跡就或許是幾層到幾十層石墨烯。此前，碳的這種二維結(jié)構(gòu)方式一直存在于人們的猜測中，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)生年代也都有這樣的經(jīng)歷，當(dāng)在紙上寫錯字的時候，就會用通明膠帶，把錯字粘掉。但誰也沒有想到，便是這樣一個簡略的辦法，讓人們發(fā)現(xiàn)了神秘的石墨烯。

制作石墨烯，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，用通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，最終構(gòu)成了厚度只要0.335納米的石墨烯，也便是只要一個原子厚度的石墨烯。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。粘了半個小時后，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搬運(yùn)到了一塊潔凈的硅片上。

吳云說，這時候看到的都不是石墨烯，由于石墨烯不僅十分薄，并且透光度到達(dá)97%以上，幾乎徹底通明，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認(rèn)層數(shù)，最終才能找到制作出的單層石墨烯。專家說，這只是最初出產(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?，F(xiàn)在，隨著技能進(jìn)步，高質(zhì)量的石墨烯能夠被更多地出產(chǎn)出來。

不久前，清華大學(xué)的研討團(tuán)隊發(fā)布了一項(xiàng)“智能石墨烯人工喉”的創(chuàng)造，使用多孔石墨烯資料的優(yōu)勢，制作出一種收發(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報告說，他們找到一種新辦法來“喚醒”石墨烯的超導(dǎo)性，“被喚醒”后的石墨烯能夠用于制作超級計算機(jī)等。石墨烯，可謂當(dāng)時最熱的全新資料。在特種領(lǐng)域，人們用“難得的元素”描述輕得像空氣、堅固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”石墨烯則被認(rèn)為向人類夢想的“難得的元素”更近了一步。