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日志

 
 

迄今为止看到的最全面的关于石墨烯的介绍(好像000009有石墨烯)  

2011-02-01 19:48:38|  分类: 谈股论金 |  标签: |举报 |字号 订阅

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迄今为止看到的最全面的关于石墨烯的介绍
        
       石墨烯------行将引领时代的火炬
        
        
       西班牙马德里高等科学研究委员会的Elsa Prada在谈到石墨烯的时候,兴奋得说:“石墨烯超出了所有的预期。无数个曾经被认为乌托邦式的理论都将一个接一个的实现。我们因此可以构想比现代计算机快1000倍的微型集成电路和手机”。正因为石墨烯巨大潜在价值,瑞典皇家科学院10月5日宣布:将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,以表彰他们在石墨烯材料方面的开创性研究。石墨烯也因此名声大噪,据说,目前一克石墨烯卖到5000元,是黄金价格的十多倍。然而,对一般老百姓而言,对石墨烯的了解还是一头雾水,十分陌生。
       那么石墨烯到底是什么东西呢?它将给世界科技、工业、经济、军事以及我们的生活带来什么影响呢?对一个国家和民族具有怎样的重要意义?笔者将自己了解到的有关石墨烯的资讯在这里做一个综述,同时也谈谈自己的看法。
              
              石墨烯的特性闪耀着神奇瑰丽的光芒
        
       特性之一超薄。石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料,是碳的二维结构。这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335纳米,把20万片薄膜叠加到一起,也只有一根头发丝那么厚。曼彻斯特大学的安德烈?盖姆在《科学》杂志上写道:“它是目前已知的世界上最薄的材料,”美国奥斯汀市(Austin)德州大学研究石墨烯的研究人员洛德?拉夫在电子邮件上写道:“几克这种材料就能覆盖整个足球场。”
       特性之二超硬。石墨烯是人类已知强度最高的物质,比钻石还坚硬,强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。 研究人员发现,石墨烯样品微粒每100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微牛。据科学家们测算,这一结果相当于要施加55牛顿的压力才能使1米长的石墨烯断裂。如果物理学家们能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的(厚度约100纳米)石墨烯,那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断。换句话说,如果用石墨烯制成包装袋,那么它将能承受大约两吨重的物品。如果将单层石墨烯比喻为杯子上一层薄薄的塑料,那么一只大象站在上面也不会使其破裂。
       特性之三超韧。石墨烯的断裂强度比最好的钢材还要高出百倍。同时它又有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。石墨烯跟钻石一样,都是纯碳,它由六边形网状原子构成,通过电子显微镜观察,它看起来很像蜂巢或者一块细铁丝网。虽然它很结实,但是柔韧性跟塑料包装一样好,可以随意弯曲、折叠或者像卷轴一样卷起来。
       特性之四超导。石墨烯还是目前已知导电性能最出色的材料,导电性比铜更好。石墨烯高度稳定,即使被切成1纳米宽的元件,导电性也很好。它超凡导电性、比硅的效率至少高100倍。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。
       特性之五优良的导热性。石墨烯导热性远超一切其他材料,在塑料里掺入千分之一的石墨烯,能使塑料的抗热性能提高30摄氏度。
       此外,石墨烯还具有优良的润滑、耐腐蚀性能。石墨烯微片与其它材料的结合,可以大幅度提高许多材料的润滑度、耐腐蚀性。许多材料的性能将得到极佳的改善。
       试问,这世界上还有什么物质能像石墨烯这样集如此多的优秀品质于一身?
             
                 石墨烯燃烧起人类对未来的无限憧憬
        
       1、可做“太空电梯”缆线
       美国研究人员称,利用地球上强度最高的物质“石墨烯”完全可以制造出一根从地面连向太空卫星、长达23000英里并且足够强韧的太空电梯缆线。人类将通过“太空电梯”进入太空。您将获得一次阿里巴巴芝麻开门的惊喜。虽然这只是一种梦想,但至少说明了石墨烯的超强硬度和韧性。
       2、代替硅生产超级计算机
       石墨烯将成为硅的替代品,能用来生产未来的超级计算机,从而引发电子工业革命。IBM宣布研发出号称全世界速度最快的石墨场效晶体管,可在26GHz频率下运作。该公司研究中心的研究人员并预测,碳元素更高的电子迁移率,可望使该种材料超越硅的极限,达到100GHz以上的速度跨入兆赫(terahertz)领域。使用石墨烯将制造出比现代计算机快1000倍的微型集成电路和手机。那时,互联网和通信业将会是什么样的情景呢?
       3、利用石墨烯微片的高强度特性,可以开发制造出纸片般薄的飞机和汽车材料
       利用石墨烯微片的高强度特性,可以开发制造出纸片般薄的飞机材料,制造的飞机将强度高,重量轻。在汽车工业应用开发上,石墨烯微片优异的性能,对于制造超硬汽车外壳的新材料有广阔的应用前景,以后的汽车不但轻巧而且特别坚硬安全。此外石墨烯材料还可以用来制造轻薄的防弹衣等许多日常生活用品。
       4、新型石墨烯超级电容只需不到1毫秒的时间即可完成充电
       利用石墨烯高导电性研发出容量更高、性能更好的新型能源。在太阳能电池、超级电容器、储能等新能源领域以及复合材料、传感器、催化等领域均具有巨大的潜在应用。美国物理学家组织网近日报道,美国科研人员利用石墨烯制成了一种新型超级电容(DLC),只需不到1毫秒的时间即可完成充电, 此外还具有容量大、功率高、使用寿命长、经济环保等特点,在数码相机、掌上电脑、新能源汽车等领域都有着广泛的应用价值。这将引起新能源的一次革命。
       5、利用氧化石墨烯可以制造新型的优良医药材料。
       研制和利用抗菌材料来抑制和杀灭有害细菌是提高人类健康水平的一个重要方面。传统的抗菌材料,如抗生素、季铵盐等不但会导致微生物的抗性,还会造成严重的环境污染。科学家发现,通过抽滤法能够将氧化石墨烯制备成纸片样的宏观石墨烯膜,也能有效地抑制大肠杆菌的生长。
       科学家还发现,纳米氧化石墨烯可被细胞吸收但没有明显的细胞毒性,对一些芳香类的小分子药物具有超强的吸附能力,抗癌药物阿霉素在石墨烯上的载药率高达400%,远高于一般纳米材料载体,非常适合作为靶向药物输运的载体。
       6、利用石墨烯可以制备高性能复合材料
       涂料当中如果有石墨烯成分,将大大提高其防腐、防渗透性。石墨烯微片具有纳米厚度,容易与其它材料如聚合物材料均匀复合,并形成良好的复合界面。所以,石墨烯微片可以将石墨烯的高强度、润滑、耐高温以及导电特性带到复合材料当中,从而可以设计、制备高性能复合材料。石墨烯微片的加入可以使原来的塑料强度、硬度更高,可以使涂料的耐腐蚀性改善、耐磨性提高;此外,石墨烯微片还将赋予复合材料(塑料、橡胶、纤维、油墨)优良的导电、抗静电性能。
       总之,石墨烯将在计算机、航空航天、新能源等几乎所有重要领域引发一场革命,给人们的生活带来巨大变化。
        
                        石墨烯时代的惟幕已经拉开
        
        
       自从海姆和诺沃肖洛夫在2004年最先制成石墨烯材料之日起,就引起了全世界的研究热潮。特别是今年石墨烯制作技术的发展非常惊人。两年前制作石墨烯还是一项令人望而却步的巨大挑战,但是现在这方面的困难突然减小了。据美国物理学家组织网5月30日报道,研究人员已经发明使用溶液大批量制造出高纯度石墨烯的方法。 莱斯大学化学和分子生物学家马特奥·帕斯夸里表示,石墨能够溶解在一种名为氯磺酸的超强酸中。研究人员在测量溶液时惊喜地发现,石墨中单个的石墨烯薄层会在溶液中自然剥落开来。利用新方法则可得到大量纯石墨烯。
       据华盛顿邮报报道,美国政府正在积极投入研发新一代芯片导电技术和材料,从金字塔顶端启动「后硅谷」半导体产业的领先地位。这已成为美国半导体产业分配研发资源的优先考虑,而石墨烯(graphene)正是美国半导体产业的研发重点。研发团队便正在实验石墨烯材料,透过控制电子行为来传递讯息。美国莱斯大学(Rice Univ.)也正在研发将石墨烯材料应用在模拟电路,这项计划有美国国家科学基金会(NSF)与美国国防部高等研究计划局(DARPA)在背后大力支持。另外,美国Rensselaer理工学院和IBM也正在开发藉由开启石墨烯的能隙、来达到开关电压的效果。2009年7月,美国国防高级研究计划斥资2200万美元用于研究用石墨烯制造电脑芯片和晶体管的方法。
       前不久,韩国研究者们开发出了第一块石墨烯触摸屏。该屏幕30英寸大小,可以折叠或卷曲。IBM去年冬天介绍了他们第一批石墨烯晶体管,比普通硅晶体管快10倍以上。当由麻省理工学院(MIT)利用石墨烯制作的世界上最小的收音机问世之后,手机电池制造商们也希望能够利用它来改善产品性能。研发出石墨烯触摸屏的首尔成均馆大学纳米技术研究院已经吸引了一些大型企业的注意,这个行业如今变得炙手可热。根据休斯顿莱斯大学的James Tour(近十年来最著名的化学家之一)教授的看法,不久的将来我们就能将这种屏幕“卷起来,像铅笔那样夹在耳朵后面了”。
       科学普及专家、西班牙马德里Cadena SER电台SER Digital节目主持人Chema Lapuente说:“它不仅是为笔记本电脑和显示器敲响了丧钟,而且书籍和报纸也应被打入冷宫了。”James Tour也发出了同样的声音:“未来十年甚至五年内,这种屏幕将充斥整个市场。这只是时间问题。” 波士顿大学的物理学家同时也是石墨烯先驱的Antonio Castro Neto预测,石墨烯屏幕两年后就能在市面上看到。
       目前,最主要的障碍是流水线生产。一旦克服这个障碍,石墨烯的生产将会是非常便宜而且环保。它超强的导电性将有助于制造出更持续更省电的电路来,而且制造石墨烯的原材料是纯碳——在世界各地大量存在的物质,它的应用将使我们放弃其他价格更贵、污染性更强的材料,譬如目前大部分透明电子设备生产中使用的氧化钛或者氧化铟锡。
       目前我国一些研究机构也正在积极投入研制石墨烯。清华大学、南开大学对石墨烯对石墨烯合成、改性及应用的研究取得一定成果。中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室低维材料摩擦学课题组采用液相化学氧化还原法制备出了石墨烯。中科院大连化学物理研究所也在研制石墨烯材料。
       在企业界,中科炭纳米科技有限公司2006年以来,公司紧跟国际形势,依托中科院煤化所炭材料研究成熟经验,重点开展了石墨烯及氧化石墨烯相关基础研究及批产放大化攻关。经过4年多摸索,已在氧化石墨可控合成、氧化石墨烯及热还原石墨烯制备、石墨烯/氧化石墨烯自组装薄膜材料等领域取得突破性进展。目前能够生产氧化石墨烯、剥离石墨烯、改性石墨烯、氧化石墨烯有序薄膜、导电石墨烯薄膜等石墨烯制品。
       厦门凯纳石墨烯技术有限公司、南京先锋纳米科技公司石墨烯的研发和生产速度也很快,目前已能够生产石墨烯产品。深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司最近也表示,公司在08年已经开始做这个工作,目前正在建一条中师的生产线,预计在明年1月份投产,月可以做出百公斤级的产品。
       此外,许多石墨企业最近也纷纷加大了石墨产品的科研力度和生产规模,正大举进军石墨烯领域。
        
               得天独厚的石墨资源是上苍对中华民族的恩赐
        
       据美国地调局(USGS)2003至2007年的调查资料和英国工业矿物杂志统计:世界石墨储量为8600万吨,储量基础为28686万吨。已发现石墨资源相对集中分布在中国、捷克、墨西哥、巴西、朝鲜、印度和马达加斯加等国家和地区。其中中国石墨储量6400万t,占世界总储量的74.4%。这种得天独厚的资源优势对我们国家石墨烯的开发应用十分有力,是上天对我们中华民族的眷顾和恩赐。
       随着石墨烯技术的开发应用,石墨资源将和稀土一样成为珍稀资源,其价值将不断提高。正因为如此,许多国家对本国的石墨资源非常重视并予以重点保护,限制石墨资源开采,转而从我国等国家低价进口,并作为战略物资实施储备。例如韩国封存本国的石墨资源,趁我国产品低价竞销之机大量进口,日本每年从我国进口大量石墨沉入海底作战略储备,美国对本国的石墨资源进行了立法保护。近日,欧盟委员会发布题为《对欧盟生死攸关的原料》的报告,提出欧盟稀有矿产原料短缺预警及对策。报告在分析41种矿产资源对经济的影响和供应风险的基础上,将其中14种重要矿产原料列入“紧缺”名单,这14种矿产原料是:锑、铍、钴、萤石、镓、锗、石墨、铟、镁、铌、铂族金属、稀土(包括钪、钇和镧系共17种稀有金属)、钽和钨。其中,石墨就被列第七位。
       近年来,国土资源部等府主管部门出台了许多规章,规范探矿权和采矿权的审批与管理,并相继推出了很多遏制破坏矿产资源开发秩序的一系列措施。但是,石墨乱采滥挖问题仍未得到有效遏制。有些地方府部门只顾眼前利益,为了政绩和地方税收,不管市场需求与当地资源环境承受能力,一味盲目地扩大矿产的开采规模,不但浪费了大量资源,造成低水平的生产线大量重复建设。
       因此我们希望国家有关部门高度重视石墨资源的开发和管理,在石墨行业开展全面治理整顿,严格控制采矿权的审批,控制原矿开采总量和出口,改变不计成本开矿、不讲效益扩张、不论后果竞争的乱象,做到科学加工,有序竞争,努力提高资源利用水平和生产加工效益,推动我国石墨工业健康发展。
       国际业内专家预言:“20世纪是硅的世纪,21世纪将是碳的世纪。”我们现在可以肯定的说,随着石墨烯产品的深入开发和利用,石墨将成为地球上最珍稀的宝贝。谁掌握了石墨资源,谁掌握了石墨烯技术,谁就将拥有光辉的前景。
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