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石墨烯未来:最强材料的血洗与颠覆
  石墨烯其貌不扬,其微片看上去就好像是棉花一样的黑色絮状物,可它为什么如此受追捧?答案其实并不复杂。因为它太轻薄了,只有一个原子厚度,却又非常坚硬。除此之外,它还拥有优秀的导热性、极低的电阻率。在轻薄坚固的同时,它还几乎是完全透明的。这些特性让研究者们能够创造出无限的可能性,无怪乎石墨烯横空出世之时业界震惊。

 

  在 2004 年以前,科学界一直认为石墨烯只是一种假想结构,不可能稳定单独存在,直至英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫从石墨中分离出了它。两人因此在 2010 年获得了诺贝尔物理学奖。

 

  明星真面目

 

  石墨烯(graphene)之所以如此优秀,因为它是一种由碳原子构成的二维材料,呈单层片状结构,意味着它只有一个碳原子厚度,可谓极致轻薄。因为它几乎可以被看作是二维的钻石,所以坚固无比也是理所当然的了 —— 它也的确是目前最坚硬的纳米材料,毕竟其二维蜂窝晶格结构的键强度上是很大的。

 

  石墨烯特有的蜂窝晶格结构使其具备很好的导热性,因为当受到外力时,变形的是整个碳原子面,使得碳原子无需重新排列以适应外力,这让它结构更稳定。此外也正由于其独特的结构,电子在其中的移动不会出现散射,也很难受到干扰。

 

  值得一提的是,石墨烯几乎是完全透明的,这可以让人们充分发掘它的可能性,比如说我们用的智能手机的屏幕。

 

  总的来说,石墨烯的轰动,是因为它创造了诸多纪录,石墨烯一系列神秘的特殊性让人们对它的应用充满幻想。那么,科学家现在又发掘出了它的什么用法呢?

 

  一秒一部高清电影

 

  现在电影和游戏都将进入4k时代,庞大的文件体积让小水管们不堪重负,石墨烯很可能就是未来的救星。

 

  科学家们发现,石墨烯调制器比铜导线的传导速度要快千倍,10 个调制器放在一起速度将达到百万兆。而且其体积极小,仅有头发丝的四百分之一细,随便放在主板上的任何地方都行。

 

  石墨烯高速、对热又不敏感,它解决了业界长期未能解决的问题。

 

  手机充电不再苦苦守候

 

  现在智能手机的耗电量有目共睹,如果着急的话,充电的过程真是煎熬,还好石墨烯能救。

 

  正如上文所说,石墨烯导电性能非常优秀,这使得它可以加快电池的充放电速度。如果是手机的话,可能充电过程不到一分钟就结束了。另外它的高比表面积结构还能够增加储电容量。

 

  值得一提的是,由于其体积小,未来的手机在重量和厚度上肯定会有进一步的缩减。

 

 不只是智能手机,石墨烯的应用很可能将带来电动汽车技术的进一步发展。有了大容量高充电速度的汽车,消费者们购买时就将不会再犹豫。

 

  拍照神器不再高端?

 

  诺基亚曾申请过一项关于石墨烯的专利,它利用这种材料制造摄像头传感器,使得其体积大幅度缩小。

 

  我们都知道 pureview 808 虽然在手机上实现了 4100 万像素,但臃肿的传感器严重影响美感,lumia 1020 虽然缓解了这个问题,但看上去仍旧突兀。石墨烯传感器可以做到纤薄无比,不仅可以使驼峰消失,甚至还能继续削减手机厚度。

 

  再进一步去想,一旦石墨烯得到普及,将来我们的手机摄像头的平均像素数还会水涨船高。

 

  石墨烯能让灯下岗?

 

  传统的电灯我们已经使用了那么多年,怕是谁都没想过它的地位会被挑战吧,可是石墨烯有这个实力。

 

  瑞典和美国的发明家发现石墨烯可以被制成一种低功耗的发光面板,覆盖在墙上,使得墙壁整个变成灯。这样的墙壁可以随意调节亮度和发光处,普通的灯和它一比着实落了下风。

 

  其实这种技术的原理和 oled 很像,不过科学家表示它比 oled 的成本要低得多,而且在生产过程中也不会产生难以回收的废料。

 

  整幢房子都是太阳能面板

 

  太阳能技术如今已经屡见不鲜,但它的低效率问题到现在都没有得到很好的解决。于是,石墨烯又能派上用场了。

 

  我们已经知道石墨烯是一种透明、良好的导体,这样的材料自然很适合用来制造太阳能电池。石墨烯的发现者之一,曼彻斯特大学的康斯坦丁·诺沃肖洛夫表示石墨烯可以被用来制成所谓的太阳能油漆,只要刷在建筑表面,就能够充当太阳能面板。

 

  可以想见,一旦这种新型油漆得到应用,未来一幢房子被优质的太阳能电池所覆盖时,效率该有多高。

 

  结语

 

  尽管石墨烯拥有这样的好处,但它并不是没有缺陷,目前成本偏高就是阻碍它推广的最大因素 —— 能够被称为黑金子,其昂贵可想而知。

 

  好在科学家在不懈努力下它的成本已经有了大幅度减少。石墨烯头发尺寸的微小样品曾经售价高达 1000 美元,现在工艺改进后已经大大降低,未来达到白菜价也并非不可能。

 

  变革正在发生,很多时候我们却浑然不觉,在科技飞速发展的现代,人们应该以更加清醒的态度去迎接这些变化。

 

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