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石墨烯传说:它或将猛烈改变世界

时间:07-11 来源:重庆时报 点击:

铅笔,谁都用过。小时候,学写字,胖乎乎的手握着铅笔,在作业本上留下一个个歪歪扭扭的汉字。铅笔笔芯的主要成分是石墨。我们能用铅笔写出字来,就是因为石墨层间作用力弱,容易剥离下单层石墨片。所以,我们在作业本上每划一笔,就是剥离了一层或者几层石墨片。

这样的剥离存在一个很小的极限,那就是单层的剥离。也就是,形成厚度只有一个碳原子的单层石墨,这种单层石墨就是石墨烯。

石墨烯传说:它或将猛烈改变世界

近日,由石墨烯制成的"微型超级电容器"消息一出,石墨烯概念股再次得到市场追捧。

由石墨烯制成的“微型超级电容器”

不得了的石墨烯

想象一下,有那么一张网,每一个网格都是一个完美的六边形,每个网格的绳结都是一个碳原子。这张网没有厚度,只有长和宽。

这就是石墨烯的形态。

它是地球上已发现的最薄材料,一根头发丝的直径大概等于十万层石墨烯叠加起来的厚度,所以用肉眼是看不见石墨烯的。石墨烯一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。

它也是最强韧的纳米材料,如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床,可以承受一只猫的重量,而吊床本身重量不足1毫克,只相当于猫的一根胡须。

石墨烯是电阻率最小的材料,导电性是铜的一百万倍,它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。

矛盾的石墨烯

石墨烯也是个矛盾的东西。

石墨烯薄膜坚固易脆,但弹性极好,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。

它这么薄,薄到近乎透明,垂直入射的可见光只有很小一部分(2.3%)会被石墨烯吸收,而绝大部分的光都会透过去;它却又非常致密,即使是氦原子,最小的气体原子,也无法穿透。

它甚至违背"热胀冷缩"原理,随着温度升高而缩小。

太抽象了,还是说说到底能用石墨烯来做些什么吧。

"超级电池",家里可制

现在的都市里,很多人患上了"手机低电量恐惧症"。

具体病症就是,手机电池发出电量过低的警告,就慌张地到处寻找插座,只有找到插座接上电源,手机电池显示出正在充电的状态,才会安心。这都是电池惹的祸。智能手机功能越来越多,人们也就越来越依赖手机,只是手机的锂电池,储电能力和充放电效率跟不上了。

美国加州大学洛杉矶分校化学、生物化学教授理查德·卡勒和他的学生马希尔·艾卡迪可能会改变这样的局面。

卡勒教授是加州纳米系统研究机构的成员,他和马希尔利用石墨烯为原材料,发明了一种名为微型石墨烯超级电容器的装置。这种装置的充放电速度,比现在常用的锂电池快100倍到1000倍,几分钟就能完成智能手机的充电。

实验结果还显示,按照这个方法用石墨烯作为两极,制成电池样品,续航能力是普通电池的数十倍。

这块厉害的电池,电极并排安装,相互交叉,就像相互交叉的手指。这样的设计,扩大了两个电极的可用表面积,减少电解液里的离子需要传播的路线。所以它具备了更强的充电能力和速度性能。别以为这种电池科技含量超高,制造起来会很难,其实,你在家里就能制造它。

只要你家有一台标准DVD刻录机和弥散在水中的氧化石墨烯。用卡勒教授的方法,30分钟,就能在一张光盘上生产超过100个这种石墨烯微型超级电容器。制造过程和刻录一般的光盘没有区别,就是使用现有的激光蚀刻技术,只不过需要在光盘表面加上一层氧化石墨烯。

想想看,自己刻录一张电池。是的,不是一块,是一张电池。

一旦这种超级电池得到大规模应用,肯定会对手机行业甚至电子产品行业产生剧烈的影响。更轻薄的手机?当然有可能。

"低科技"赢得诺贝尔奖

透明胶分离出石墨烯

70多年前,科学家们提出了石墨烯的理论后,就有大批研究人员企图用各种方法分离出石墨烯。

有人设想,利用化学方法将分子或原子嵌入石墨层内,使石墨层之间距离增加,然后分离为原子单层的石墨烯。但努力多年,进展十分有限。仅仅分离出了与湿煤灰类似的石墨粒子泥浆。

还有人想到使用简单原始的机械分离法,摩擦或刮除,慢慢除去石墨的上层表面物质,逐渐减小石墨的厚度。这种方法最后制成了透明的石墨薄片,没制成单层碳原子厚度的石墨烯。

一直没有人真正从石墨中分离出石墨烯,直到2004年。

这年,英国曼切斯特大学的俄罗斯裔科学家安德烈·海姆和他的学生康斯坦丁·诺沃肖洛夫,用一种近乎儿戏的方式分离出这种神奇的材料。

透明胶。

是的,透明胶,就是实验工具。

分离的方法也让人目瞪口呆。他们把一块石墨薄片粘贴在透明胶上,然后用另一段透明胶粘住石墨片的另一面,再轻轻撕开两段透明胶,石墨薄片就被剥离成两片更薄的石墨片。

重复数次。

他们终于获得了单层原子厚度的石墨烯。经过处理后,从透明胶上取下石墨烯薄膜,在电子显微镜下面观察到,

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