神奇材料石墨烯

神奇材料石墨烯

石墨烯是一种由单层碳原子组成的透明薄膜，它是一种蜂窝状晶格。它是世界上为数不多的具有透明、导电和柔韧特性的材料之一。这三种属性很少出现在同一种材料上，所以又称神奇材料，十年前石墨烯还不为人所知。今天，它巨大的潜力引发了无尽的遐想。

石墨在我们的日常生活中经常被使用，例如笔芯；然而，与之分离的石墨烯就像从科幻电影中提取的石墨烯一样神奇。铅笔芯的发现为发现石墨烯的人带来了诺贝尔物理学奖，据《纽约时报》报道，石墨烯有可能颠覆目前所有的电子学。是材料和电子工业未来的救命稻草。

2004年，物理学家安德烈·海姆（AndreHeim）和康斯坦丁·诺沃索洛夫（ConstantineNovosholov）在一张纸上用透明胶带粘在一起，纸上用铅笔写字。

这两个人偶然发现，他们可以把像铅笔芯一样的石墨撕成小块，从碎片中剥离出薄薄的石墨片，然后用普通胶带粘在石墨片的两边，撕下胶带，在重复的过程中，使石墨片越来越薄，最后制成图形。由一层碳原子组成的烯。

通过这种结合，他们剥离了石墨烯，然后发现石墨烯原子有潜力成为新材料，因为它们独特的六边形排列，像金属丝网一样。它由排列成特殊结构的碳原子组成，具有比任何其他材料更好的热导率和导电率。更令人惊讶的是，它是n它不仅是世界上最硬的材料，也是最灵活的。

石墨烯是世界上为数不多的具有透明、导电和柔韧性能的材料之一。专家们声称这三种特性很少出现在同一种材料上。石墨烯只是一层厚碳原子，因此被称为神奇材料。

2010年，安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫共同获得了诺贝尔物理学奖的最高荣誉，他们在二维材料石墨烯上进行了开创性的实验。评审委员会认为，这将有助于物理学家在量子物理学领域取得新的突破。

尽管石墨烯早在10年前就被发现了，但在2010年，两位研究人员在真正引起人们注意之前就获得了诺贝尔物理学奖。研究人员和大公司开始关注如何将石墨烯的生产商业化。与石墨烯有关的应用研究已经显示出初步的结果。

物理学家和研究人员说，由于石墨烯可以使电子产品的屏幕更清晰、更灵活，这些产品将比过去使用硅材料的设备更薄、更快、更便宜。此外，使用寿命长的电池也可以防水。

2011年，美国西北大学的研究人员用石墨烯和硅制造电池。该大学说，这些电池可以用于手机电池一周，每次只充电15分钟。

2012年，美国化学学会（American Chemical Society）表示，石墨烯的技术进步将使手机像纸一样薄，并折叠成口袋。媒体报道称，研究人员正在开发一系列基于石墨烯的传感器，包括比以往更小的气体传感器、生物传感器和光传感器。

不久前，三星先进技术研究所的研究人员与韩国的关承军大学合作，称三星已经找到了一种在硅片上生产高质量石墨烯的方法。三星在一份声明中说，这些技术进步意味着公司可以开始生产柔性显示器，我们耕地产品和其他下一代电子产品。一些批评人士指出，三星的突破最终将成为石墨烯商业化的救命稻草。三星并不是唯一研究石墨烯的科技公司。IBM、Nokia和Sandisk的研究人员正试图用石墨烯材料制造新的传感器、晶体管和存储器。

石墨烯最大的优点是价格低廉。当今电子行业的许多产品都可以使用石墨烯使其更好、更小、更便宜。加州大学伯克利分校的科学家去年制造了一种石墨烯扬声器，其音质与森海塞尔耳机相同或更好，而且更小。什么是迷人的AB石墨烯可以不被氧化而浸入液体中，这与其他导电材料完全不同。研究人员说，石墨烯研究正朝着将电子产品与生物系统结合的方向转变。换句话说，未来的石墨烯产品可以植入人体，阅读神经系统信息或与细胞交谈。

传统的集成电路晶体管是由硅制成的。著名的摩尔定律在20世纪70年代预测晶体管的性能将每两年翻一番。但近年来，由于晶体管的尺寸在缩小，集成度越来越接近其物理极限，越来越多的科学家质疑这一著名的预测。微型化使F晶体管导致元件发热，也大大降低了电子器件的性能。每升高10度，电子设备的寿命就会受到一半的损坏。

石墨烯材料制成的芯片可以使元器件的温度保持在较低的水平，从而进一步促进电子设备的小型化，电子工业甚至相信石墨烯将来将在任何地方取代硅，这将引发电子工业的革命。

在国外，石墨烯材料的研究和开发受到了极大的关注，2013年1月，欧盟委员会宣布将石墨烯和人脑工程作为未来两个新的旗舰技术项目，并制定了专门的研发计划，每项计划在未来10年内将获得10亿欧元的收益。我国石墨烯材料的奇异性逐渐引起了政府、学术界和商界的关注，2012年工业和信息化部发布了《新材料产业发展十二五规划》。计划中最先进的新材料包括石墨烯。科技部也明确表示将支持石墨烯材料的研究。

我国石墨烯的研发起步较晚，但发展迅速，2013年7月13日，中国石墨烯产业技术创新战略联盟成立，江苏、浙江、深圳、上海、山东、福建、辽宁、重庆、黑龙江、中国科学院于年成立。多种形式的产业技术联盟，促进创新资源优化和创新产业化进程。

自从石墨烯被发现以来，研究人员已经齐心协力开发这种材料的商业用途，例如用晶体硅代替芯片应用，用负材料制造离子电池和超级电容器，以及制造柔性触摸屏。

目前，研究的重点已经转移到石墨烯与其它属的结合应用上，以太阳能研究与开发为例，麻省理工大学设计了一种由石墨烯和二硫化物构成的新型光伏电池，与目前最小的光伏电池相比，这种新型的光伏电池l每单位体积能产生30倍的能量。科学家目前正在研究如何将石墨烯与硫族化合物结合，形成新的材料，使涂层能够发电。

然而，科学家眼中没有奇迹，石墨烯的工业化不是一朝一夕就能实现的，目前石墨的成本仍然很高，而且在某些情况下，石墨的性能不如硅，同时，石墨的微量毒性还没有得到充分考虑，更重要的是，工业界对石墨烯的研究还远远不够。美国使用传统的硅芯片和晶体管制造电子产品，而大型公司可能很难接受石墨烯。

2011年，美国西北大学的研究人员用石墨烯和硅制造电池。该大学说，这些电池可以用于手机电池一周，每次只充电15分钟。

此外，特斯拉在电池技术上的创新也将引起市场对提高锂电池能量密度的材料的关注，石墨烯具有高导电性和良好的柔韧性，是柔性储能装置的理想候选材料之一，石墨烯复合材料是锂的阳极材料。M离子电池可以大大提高阳极材料的电容和高速充放电性能。

随着石墨烯的出现，高频上升的发展前景似乎无限广阔，这也使得石墨烯在微电子领域具有巨大的应用潜力，研究人员甚至将石墨烯视为硅的替代品，可用于制造未来的超级计算机。

据三星先进技术研究所的研究人员与韩国城军关大学合作，三星已经找到了在硅片上制造高质量石墨烯的方法。三星在一份声明中说，这些技术进步意味着三星可以开始制造柔性显示器、可穿戴产品和其他新一代电子产品。

中国科学院上海分院的科学家们发现，石墨烯氧化物在抑制大肠杆菌生长的同时不损害人体细胞，是非常有效的。如果石墨烯氧化物对其他细菌也具有抗菌作用，则可能会发现一系列新的应用，如自动除臭的鞋子，或是抗真菌的鞋子。保存食物的ESH包装。

去年，比尔和梅林达盖茨基金会为使用石墨烯制造更薄、更轻、更强避孕套的科学家颁发了100000美元的奖金。

南洋理工大学的学者们开发了一种以石墨烯为感光材料的新型光敏元件。预计通过其特殊的结构，光敏元件的光敏性能比传统的CMOS或CCD高1000倍，能耗仅为原器件的1/10。

基于石墨烯的一系列传感器已经被开发出来，包括气体传感器、生物传感器和光传感器，它们比以前更小，可以植入人体，阅读神经系统信息或与细胞交谈。

基于石墨烯的新材料可以减轻飞机重量，从而降低燃油消耗和二氧化碳排放。此外，氧化是制造飞机驾驶舱屏蔽电极不可缺少的材料，但成本非常昂贵，石墨烯有望取代它。

由于导电石墨烯的厚度小于DNA链中相邻碱基之间的距离以及DNA中四个碱基之间的电子指纹，因此石墨烯有望实现直接、快速、低成本的基因电子测序技术。

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