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超级材料研发:中美国运之争关键点,目前中国领先

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放大字体  缩小字体    发布日期:2020-11-30  浏览次数:183
核心提示:说到科技领域的话题,受华为的影响,现在好多人一提起科技就想到了芯片半导体。实际上值得我们关注的科技新闻还有很多,比如我国现在正在大力推进的产业升级中一个经常被提及的词——新材料。
  说到科技领域的话题,受华为的影响,现在好多人一提起科技就想到了芯片半导体。实际上值得我们关注的科技新闻还有很多,比如我国现在正在大力推进的产业升级中一个经常被提及的词——新材料。
 
  而在所有的新材料里面,受到了全世界科技界人士广泛关注甚至为之疯狂的就是“超级材料石墨烯”。
 
  超级材料研发:中美国运之争关键点,目前中国领先。说到石墨烯,相信大家都不太陌生,因为近来一直有关于新型电池技术的新闻被报道,而区别于我们现在最广泛使用的锂电池的新型电池技术,不是别的,正是石墨烯电池。
 
  关于石墨烯电池的技术相信很多人已经有初步了解了,石墨烯电池技术具有超快的充电功能并且循环放电万次以后电池损耗都极低,而且目前全球各国都再大力发展新能汽车时,石墨烯电池被新能源汽车产业给予了厚望。
 
  那么一定会有好奇的小伙伴会问,石墨烯究竟有什么魅力能够让全球的材料科学家为之疯狂呢?我们今天就来好好说一下这个神奇的石墨烯。
 
  石墨烯这个材料其实并非一个很古老的材料,之所以被称作”新材料“是因为它最初被创造出来的时间仅仅是大约16年前,相比硅材料而言,着实比较年轻。
 
  按照惯例,首先我们要跟大家科普一下什么是石墨烯。
 
  其实石墨烯是一个学名,说穿了就是很薄很薄的碳原子薄膜。石墨烯的形状用显微镜来看是一个六边形,长得很像我们日常见过的蜂窝,而所谓石墨烯由单层碳原子构成的一个超级薄膜,我们日常科普文中说到的石墨烯主要是单层石墨烯,如果叠加两层就是双层石墨烯。
 
  因此叠加不同层数的石墨烯加上其独有的特性就在许多领域产生了极为广泛的应用可能性,这个我们稍后再说。
 
  既然石墨烯是很薄很薄的薄膜,那么到底有多薄呢?单层的石墨烯的厚度只有0.35nm(纳米)左右,这代表了们肉眼完全不可见,必须要用电子显微镜才能观察到。相信很多人对于纳米这个计量单位是没有概念的,因为我们日常接触最薄的也就是毫米,那么0.35纳米究竟有多厚,打个简单比方,我们日常接触到的最薄的东西大概就是我们的头发了,而头发的厚度是石墨烯的二十万倍!
 
  所以,从这个角度出发,石墨烯基本上已经快不是我们三维世界的产物了,几乎就已经是二维材料,只有长度和宽度的概念,厚度对他们来说基本等于不存在。
 
  那么这么薄的材料最初是怎么被人们发现和发明的呢?
 
  其实说来也许你会大跌眼镜,因为最初的石墨烯制造步骤堪称粗糙,甚至我们很多80后90后小时候写作业修改错误的时候都会用到——用胶带撕!
 
  石墨烯虽然极其的薄,但是只要堆叠的层数足够多,就直接会变成石墨这种材硅材料,因此2004年最初石墨烯被制造出来的时候,用的办法就是把胶带粘到石墨上,然后用力一撕沾下来部分石墨,然后再用另外一个胶带粘到这个已经沾了很薄石墨的胶带上再撕,如此循环往复,最终得到最薄的那一层碳原子,这就是石墨烯最初的制造过程,是不是听起来很不可思议?
 
  所以从某种角度讲,我们在用铅笔写字画画的时候,没准纸张上面就有石墨烯呢。当然了,这种简单粗暴的操作方法很显然是得不到什么比较高质量的厚度稳定的石墨烯材料。所以在科学家研究论证完石墨烯确实是一个具有相当广泛应用的新型材料以后,聪明的科学家们就告别了过于简单的石墨烯剥离法,经过研发发明出了外延生长法,化学气象沉积法、液相剥离法等等高新技术的石墨烯制作方法。
 
  那么,现在我们再来说一说石墨烯的各种妙用,千万不要以为一说到石墨烯就是石墨烯电池,实际上这种新材料的特性相当的诱人。
 
  首先,石墨烯很敏感。正是因为石墨烯都快薄成二维材料了,因此它对外界环境的变化相当明锐,用很缓慢的速度从它旁边经过所带来了细微空气流动,都会被石墨烯给捕捉到,因此石墨烯可以用来制作超感知度的传感器。
 
  其次,石墨烯的导电性非常好,好过了现有半导体芯片作为基芯的硅材料,因此这也是为什么我们说碳基芯片是第三代半导体,用的材料正是石墨烯。
 
  此外,石墨烯还具备超强的导热效果。现在我们大部分的笔记本电脑和手机采取的散热方式都是物理降温,也就是通过铜片的导热性来疏散芯片运作所产生的热量,但是铜片和石墨烯比起来那简直就是小巫见大巫了,为什么华为手机的性能现在这么好,很大一部分原因也是因为很多华为手机内部的散热采取了石墨烯材料。
 
  另外,石墨烯还具备比表面积大、硬度极高、热性超强、超小电阻率、超级透光性等等一大堆的优点。所以在oled柔性显示屏、海水淡化、航空航天、卫生医疗、军事装备等等方面都有着近乎于全覆盖全领域的应用可能。这也是为什么石墨烯材料现在是材料科学界的超级宠儿的最核心的原因,实在是太万能了!而且还有一个好消息是咱们国家的石墨烯原料十分的丰富。
 
  中美“超级材料”之战:未来主导权的关键点,目前中国领先。值得注意和庆幸的是,在石墨烯这个新型材料方面,我国的研究进度现在是全球第一,美国都比不过我们屈居于第二,这就意味着在未来工业制造领域上,我国已经拥有了超级厚实的起跑线。
 
  所以,说另外一个话题那就是,美国之所以现在玩了命的要遏制我国的发展速度,不是没有原因的,因为我们的科学进步确实太快了!
 
 
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