号称“新材料之王”的它,你知道都有那些用途吗?
2020-11-20 08:09

石墨烯是当今世界最受瞩目的材料之一,虽然它只有一个碳原子那么厚,但它的强度却是钢的100倍,而且灵活度非常高。自从2004年科学家成功从石墨中分离出石墨烯,涉及石墨烯的专利清单每年都在呈指数增长。石墨烯所带来的技术革命,正在一点点地改变着这个世界!下面是10个关于石墨烯的应用研究,它们都将在不远的未来走入我们的生活~


来自空气中的燃料




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,并获得了2010年的诺贝尔物理学奖。盖姆同时也发现了石墨烯可以用来制作移动发电机,其动力来源可以是从空气中提取的氢。
尽管石墨烯非常致密,即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透,但它仍然可以用于筛出氢原子中的电子。这意味着石墨烯薄膜可以大大提高质子导电膜的效率,质子导电膜是燃料电池技术的重要组成部分。盖姆想象,未来的车辆可能是由空气中微量的氢来提供动力的。



可饮用的海水



石墨烯有助于解决世界水危机,由石墨烯制成的膜可以让水通过,但把盐过滤掉。换句话说,石墨烯可以彻底改变海水淡化技术。麻省理工学院的研究人员发现,这种材料的透水性比传统的反渗透膜高出几个数量级,而且纳米多孔石墨烯在水净化中可能发挥着重要作用。

在2018年的一项研究中,澳大利亚联邦科学与工业研究组织的研究人员使用了一种被称为“graphair”的石墨烯,仅过滤了一次,就将海水净化为了饮用水。过滤中只用到了加热装置、石墨烯、薄膜过滤器和一个小水泵,该项技术有望在未来得到推广。




“捕食者”视角


科幻电影《捕食者》中的外星刺客拥有一个超能力:他看到的世界是热红外影像的。现在,你也可以拥有如“捕食者”一般的视角。

来自密歇根大学的研究人员开发了一种石墨烯隐形眼镜,使佩戴者能够感知整个红外光谱,以及可见光和紫外线。研究人员称:“如果我们将石墨烯隐形眼镜与其他的可穿戴式电子产品结合起来使用,将大大扩大我们的视野,为我们提供一种与环境交互的全新方式。”




基于石墨烯的电子产品



石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机。

用石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将会快数百倍。石墨烯还可以用来制造超薄的柔性触摸屏,以后,你再也不用担心把智能手机摔碎了。

2018年,美国麻省理工学院和哈佛大学的物理学家们发现,石墨烯展现出更奇妙的电子特性,石墨烯可以被调节为两个极端:绝缘体或超导体。表现出两种极端不同的电气特性:作为绝缘体,电子在其中完全无法流动;作为超导体,电子在其中可在零电阻的情况下流动。




一个没有锈的世界


因为石墨烯实际上是不可渗透的,所以有一天也许可以用石墨烯涂层来消除腐蚀和生锈。

研究人员甚至表示,玻璃器皿或覆盖石墨烯涂层的铜板可以作为盛放具有腐蚀性、强酸性物质的容器。团队的研究人员Rahul Nair称:“石墨烯可以带来真正的行业变革,它可以用于保护产品免受空气、气象要素或腐蚀性化学品的损害,应用在医疗、电子、核工业甚至造船业等行业上。”




发光壁纸


根据新型石墨烯电极技术,未来发光壁纸有可能会取代LED灯。发光壁纸可以更好地调节灯光,也更节能。瑞典Linköping大学的研究人员Nathaniel Robinson称 :“用石墨代替传统的金属电极,未来的组件将更容易回收,从而有利于环境保护。”



更快更强的游泳选手



意大利DirectaPlus公司联合意大利科尔马公司在德国慕尼黑体育用品博览会(ISPO Munich)上发布了公司第一款采用石墨烯和纳米技术制作的运动服装。

含有石墨烯的运动服装与传统运动服相比,关键性能在于它可以成为人体和外部环境的过滤器,确保穿着者能保持理想的温度。此外,该运动服还能有效降低空气和水的阻力,提高运动灵活性,从而大大提高运动员的速度。



整合生物系统



在未来的医学领域,也许可以在人体中植入石墨烯,它可以读取你的神经系统或与细胞对话,帮助医生更好地监控你的身体,也可能有助于诊断和调整你的生物系统以达到最佳的健康状态。这项技术还可以帮助健身爱好者跟踪和监测他们的健身计划。



可佩带式票券


当你推着购物车经过结算柜台时,不需要像现在这样排队逐个扫描商品,物联网无线系统会自动统计你购物车中的物品并计价,并从你的购物卡扣除费用,所有的一切将瞬间完成,你只要拿到一个收据即可。

未来让你享受如此轻松购物的,正是石墨烯技术在射频识别上的应用。





防弹背心



石墨烯薄而坚固,其可吸收的冲击力是用于制作防弹背心常用材料的2倍。另外,石墨烯是超轻的,因此对磨损的限制较小。不仅是防弹背心,石墨烯也可以用于制作其他防弹表面,例如防弹窗等。