革命性材料 -- 石墨烯

作者: 一箭中的 | 来源:发表于2015-10-28 21:25 被阅读568次

    任正非说,这个时代将来最大的颠覆是石墨烯时代颠覆硅时代, 现在芯片有极限宽度,硅的极限是七纳米,已经临近边界了,石墨烯是技术革命前沿。这里的石墨烯究竟是何方神圣,竟有如此了得的本事。

    石墨烯具有什么特性

    石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。 碳原子之间相互连接成六角网格。铅笔里用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起。

    其非常薄,但是非常强韧,断裂强度比最好的钢材还要高200倍;有很好的弹性,拉伸幅度达到自身尺寸的20倍;其完全透明的,只吸收光的2.3%,另外非常致密,即使最小的气体原子--氮原子也无法穿透。

    看到这些特性,足以让我们大开眼界了。因拥有最薄,最坚硬,导电性好,透明等特性,石墨烯被称为“黑金”,是新材料之王,极可能将是席卷全球的颠覆性技术革命物质。

    2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功从石墨中分离出石墨烯,证实它可以单独存在,两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

    有什么用途?

    用途一:超微型晶体管打造超级计算机

    三星高级技术协会(SAIT)最新的研究论文表明:石墨烯的电子迁移率要比硅元素高了200倍,研究人员使用石墨烯做晶体管实现了突破性进展,现有的芯片频率可以轻易提升上百倍,以主流3GHz为起点,那么未来的芯片频率可以达到300GHz。所有石墨烯一旦成为硅的替代品,制造出超微型晶体管,那么未来超级计算机指日可待,其处理能力比现在快数百倍。数百倍啊,密码破解什么在它面前轻而易举。

    众所周知,计算机处理数据是二进制的,即0和1。对应于二极管的开和关。但是石墨烯缺少On和Off转换能力,不能形成有效的1、0信号给计算机识别,制造石墨烯芯片的关键就在这里。这是石墨烯芯片的难题之一。

    用途二:石墨烯电池,充电10分钟跑1000公里

    石墨烯电池,利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出的一种新能源电池。

    特斯拉董事长兼产品架构师艾伦·马斯克此前在接受英国汽车杂志《Auto Express》专访时大胆预测,电动汽车未来的续航里程有望达到约1000公里。

    石墨烯储能和放电过程中不发生电池反应,只是将电子储存和释放,是物理变化。准确地说,应该叫石墨烯电容而不是电池。但是不管叫什么,就是一字快。什么“充电5分钟,通话两小时“在它面前都弱爆了,我们未来手机充电只需几秒钟。

    石墨烯的用途还有很多,比如中国的科研人员发现细菌的细胞在石墨烯的纸上无法生长,而人类细胞则不会受损。利用这一点可以利用它来做绷带、食品包装甚至抗菌T恤衫。在塑料里掺入百分之一的石墨烯,就能使塑料具备良好的导电性;加入千分之一的石墨烯,能使塑料的抗热性能提高30摄氏度。在此基础上可以研制出薄、轻、拉伸性好和超强韧新型材料,用于制造汽车、飞机和卫星。

    石墨烯这种具有革命性的新材料的发展,需要长期的资本投入,以创建完整的价值链和实现与终端市场应用领域的有效对接。随着科技的进步,石墨烯制备和应用的产业化浪潮必将在全球范围内展开。

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