@ 2014.04.15 , 08:09

忘了塑料吧,石墨烯才是合成材料的未来

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石墨烯是现在已知存在的材料中最硬最薄的。石墨烯由碳原子组成,导电和导热的能力比任何其他材料都要强。并且,石墨烯不仅是世界上最硬的材料,它也是世界上最柔软的材料之一。

石墨烯的厚度只有一个原子那么薄,因此它被称为“神奇材料”。它的用途十分广泛,它可以改变电力行业,还可以用在弹性设备、过载的量子计算机、电子服装上,甚至用在可以与人体细胞交互的计算机上。

大概在10年前人们就已经发现了石墨烯这种材料,但是它再次获得关注已经是2010年,原因是当时两个来自曼彻斯特大学的物理学家用石墨烯做了一系列的实验并因此获得了诺贝尔奖。但直到现在科学家们在商业量产石墨烯方面的突破仍然是零。

美国化学学会声称在2012年,科学家发现石墨烯的硬度比钢要强200倍,而且它如此之薄以至于仅仅用1盎司就可以铺满28个足球场。中国的科学家制作出了一种石墨烯气凝胶,一种从凝胶衍生出来的超轻型材料,质量只有空气的七分之一。 “石墨烯是世界上少有的,集透明,导电和柔软于一体的材料。”曼彻斯特的做客教授Dr. Aravind Vijayaraghavan说。“所有这些特质集中在一种材料上是极端罕见的。”

那么我们能用石墨烯来做什么呢?物理学家和研究者们说我们很快就能够制作出比基于硅的电子设备更薄,更快,更便宜的设备,而且还有可能使这些设备清晰而柔软。另一个基于石墨烯特殊特质的可能性是制作出超长续航能力的电池而且不怕水。

2011年,美国西北大学的研究者们制作出了一种电池,这种电池同时含有石墨烯和硅。研究者们称,这种电池能使手机续航时间超过一周,而充满电仅仅需要15分钟。2012年,美国化学学会称在石墨烯方面的研究进步可以使手机之类的触屏电子设备像一张纸一样薄,而且可以叠起来放到口袋里。

Dr. Vijayaraghavan正在利用石墨烯制作一系列传感器(包括气体传感器,生物传感器和光传感器),而这种传感器将会比现有的小上许多。

上周,与韩国成均馆大学合作的三星尖端技术研究所的科学家们称三星已经寻找到了在硅片上生产高质量石墨烯的方法,这个方法可以用来生产石墨烯晶体管。三星在一份声明中称这一发现意味着我们可以开始制做“柔性电子显示器等一系列次世代电子设备。”

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Extreme Tech的一名记者Sebastian Anthony称三星的这一突破很可能对生产出商用石墨烯产品有极其重要的意义。

三星并不是唯一一家在发展石墨烯的公司。IBM、诺基亚和闪迪(Sandisk)的科学家们一直在试验用石墨烯制做传感器、晶体管和存储器。

如果上述这些正在试验的电子设备真正进入市场摆上货架,他们将会不同于之前的任何产品。

哥大机械工程教授James Hone说,他所在实验室的科学家们发现石墨烯在被拉伸20%的情况下仍可以导电。“你知道还有什么材料能够拉伸20%吗?是橡胶,”他说,“而硅只可以拉伸1%。这还只是石墨烯各种牛逼特质中的一项“。

而关于石墨烯,最最重要的其实是,它一点都不贵。任何你能想到的现存的电子设备如果用石墨烯来制做,都会做的更好,更小而且更便宜。

加州大学伯克利分校的科学家们去年研制出了石墨烯扬声器,这种扬声器传递声音的质量甚至优于森海塞尔耳机,而且小很多。

石墨烯另一个牛掰的特质是能够浸在水中而不被氧化,这是其它导体材料做不到的。Dr. Vijayaraghavan说,这一特性使得电子设备与生物系统相整合成为可能。换句话说,你可以把一个石墨烯小插件嵌入你的身体,这个小插件就可以读懂你的神经系统或者跟你的细胞说话。

虽然科学家们认为石墨烯将会用于次世代电子产品,但是现在整个电子产业仍然在使用传统的硅片和硅晶体管为原料,这一事实将会大大减缓改用石墨烯的速度。这样的话,石墨烯很可能先被用在其他产业。去年,比尔和梅琳达·盖茨基金会向一款以石墨烯为原料的避孕套产品注入了资金,这款避孕套既薄又轻且无法穿透。汽车制造商们也在尝试用石墨烯制做车体,这样的汽车不仅安全性好,而且还能吸收太阳能为汽车电池充电。飞机制造商们也在做着类似的探索。

如果你仍然觉得上述这些没什么,那么来看这个,麻省理工的一只国际科学团队做的一系列测试很可能成为制造量子计算机的基础,而量子计算机在未来将会有很大的市场。

本文译自 nytimes.com,由译者 戮之赜泽 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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