石墨烯 - 機能材料介紹
發現石墨烯以前,絕大多數物理學家認為,熱力學漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。
什麼是石墨烯!?
石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2混成軌域組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一個碳原子厚度的二維材料。
石墨烯從前被認為是假設性的結構,無法單獨穩定存在,直至2004年,英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯,而證實它可以單獨存在,兩人也因「在二維石墨烯材料的開創性實驗」為由,共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。
石墨烯的區別
區別為石墨烯還有市場常見的氧化石墨烯及還原氧化石墨烯。
石墨烯跟氧化石墨烯及還原氧化石墨烯幾乎完全不同,其用途在本質上有很大的區別。
中國製的產品使用氧化石墨烯及還原氧化石墨烯。
石墨烯 | 氧化石墨烯 | 還原氧化石墨烯 | |
導電性 | 導電性極佳 | 不導電 | 導電率差 |
導熱性 | 單晶結構,傳遞熱量快,導熱性好 | 存在非晶態,導熱性較差,導熱性較還原氧化石墨烯差 | 存在非晶態,導熱性較差,完全不及石墨烯 |
石墨烯的應用
紡織—石墨烯的各種特性及遠紅外線,如果利用編織的不同還能達成涼暖兩種不同的效果,有人稱它是專為紡織而生的材料。
醫學—應用包括生物電傳感器和生物成像設備的發展,藥物和基因傳遞,更有效的強效消毒劑,以及DNA測序——當然,還有待安全和臨床試驗。人工植入物也在探索中,它將直接連接到你的神經系統,利用石墨烯的導電特性。石墨烯還可用於生產更有效的脊柱外科設備。
計算—石墨烯可以從根本上提高計算機晶片的處理能力。2014年1月,IBM宣布他們已經製造出比標準晶片快1萬倍的石墨烯晶片。由於石墨烯的帶隙,這是一個模擬晶片,而不是數字晶片。但未來的研發很可能會給我們帶來基於石墨烯的cpu,其功能比我們目前的設備強大幾個數量級,能耗更低。
電子產品—石墨烯愛好者一直在鼓吹石墨烯在普通電路中取代矽的潛力。然而,石墨烯的透明性和靈活性無疑將最終改變電子領域。科學家們一直在試驗快速充電電池、高品質耳機、靈活的電子產品、功能更強的光電傳感器、以及幾乎牢不可破的觸摸屏等應用。將石墨烯集成到光電子領域,可能最終開發出可更新的電子紙,以及其他令人興奮的新突破。
其他領域—石墨烯與其他材料的結合,如塗料、塑料和聚合物的生產,正在探索中。以石墨烯為基礎的塗料,應用於設備或房屋,也可以存儲太陽能,為設備或家庭供電。石墨烯的強度和重量較輕,有利於利用塑料和聚合物(如汽車和飛機零部件)生產商品和零部件。石墨烯與塑料或聚合物的複合材料可能在短短几年內成為從自行車到風力渦輪機等各種產品的行業標準。
石墨烯的功效
https://kknews.cc/zh-tw/science/4o5qamq.html
https://www.sdnano.com/products_detail/5.htm
石墨烯
石墨烯對行業的衝擊不言可喻,尤其是紡織行業。
傳統的機能材料,竹炭、鍺、銀纖維、鋅……等,會針對產品的特性及需求去使用,有些產品也會加多很多機能材料,但其實產品的體積及比例就在那,加了許多機能材料的產品也不一定好,因為這樣做勢必會降低其他機能材料原本就有的優勢。
但石墨烯的出世基本上打破了這一狀況,也勢必會在打破未來在使用機能材料的走向。
因為石墨烯幾乎擁有其他傳統機能材料的優勢,甚至在遠紅外線及部分功能的效果還好上非常多,甚至可以利用編織的不同達成不同的效果,這都是以往的機能材料所沒辦法辦到的。
但石墨烯也不是沒有缺點,如果說用的比例越高,產量相對來說會低很多,只看單項材料,石墨烯價格也稍微昂貴。
而中國製的石墨烯並不是傳統意義的石墨烯,而且用的比例一定少,上述所說是機能材料比例用一樣的前提。
最後讓我們一起期待一下石墨烯在未來能帶我們生活什麼樣的變革。