石墨烯為何被稱(chēng)為新世紀(jì)的“材料之王”
日期:2017-02-09 / 人氣: / 來(lái)源:
[概要說(shuō)明]華為總裁任正非都表示,未來(lái)10-20年石墨烯將引發(fā)一場(chǎng)技術(shù)**,成為徹底改變21世紀(jì)的黑科技。
早前華為宣布推出業(yè)界首個(gè)高溫長(zhǎng)壽命石墨烯鋰離子電池,一下子引發(fā)國(guó)人對(duì)石墨烯的廣泛關(guān)注。華為總裁任正非都表示,未來(lái)10-20年石墨烯將引發(fā)一場(chǎng)技術(shù)**,成為徹底改變21世紀(jì)的黑科技,對(duì)LED業(yè)來(lái)說(shuō)這是要變天了嗎?
石墨烯,被稱(chēng)為新世紀(jì)的“材料之王”。它的問(wèn)世給工業(yè)界帶來(lái)了極大的震撼和沖擊。作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料,石墨烯被科學(xué)家預(yù)言將“徹底改變21世紀(jì)”。它的應(yīng)用極有可能掀起一場(chǎng)席卷全球的顛覆性革命。
正是得益于它超強(qiáng)的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能,石墨烯的出現(xiàn)也為L(zhǎng)ED產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的生機(jī)。通過(guò)神奇的石墨烯分子不僅可以大大增強(qiáng)LED燈具的性能和使用壽命,而且在價(jià)格上有希望比傳統(tǒng)LED更便宜。業(yè)內(nèi)人士預(yù)言,應(yīng)用石墨烯技術(shù)的LED產(chǎn)品即將為照明技術(shù)帶來(lái)又一次革新。
不過(guò),也有不少科研人員指出,石墨烯作為一種新材料,要在LED領(lǐng)域得到大范圍的應(yīng)用,可謂“前景光明,道路曲折”。由于受制于石墨烯生產(chǎn)技術(shù)及高昂的成本,未來(lái)石墨烯+LED的道路可謂道阻且長(zhǎng)。
石墨烯的發(fā)現(xiàn)者之一、2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主安德烈·海姆這樣描述:“石墨烯對(duì)很多人來(lái)說(shuō)就像愛(ài)麗絲仙境一樣,非常神奇。”
石墨烯,實(shí)際就是從石墨材料中剝離出來(lái)、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。鉛筆芯用的石墨就相當(dāng)于無(wú)數(shù)層石墨烯疊在一起。
“它是迄今為止自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料,可以被無(wú)限拉伸,彎曲到很大程度而不斷裂,還可抵抗很大的壓力。”安德烈·海姆介紹。
此外,它還有著非同尋常的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。據(jù)悉,石墨烯是世界上最導(dǎo)電的材料之一,大約百分之一的石墨烯混添加到塑料中就可以將它們變成導(dǎo)體。重量也極輕,同樣厚度是鋼強(qiáng)度的200倍,卻可以以100萬(wàn)米/秒的速度傳輸電子。石墨烯既可以作為導(dǎo)體材料,又可以作為半導(dǎo)體材料。它是已知物體中室溫導(dǎo)電率最高的材料,比最好的導(dǎo)體金屬如金或銅高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
“石墨烯導(dǎo)電率高,化學(xué)結(jié)構(gòu)又十分穩(wěn)定,是一種用于移動(dòng)電池、電源很理想的電極材料。”中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員成會(huì)明表示,石墨烯可以和電子元件、電子設(shè)備進(jìn)一步結(jié)合使用,以此提高其他儲(chǔ)電設(shè)備的儲(chǔ)電率。
據(jù)悉,石墨烯目前最有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品,制造超微型晶體管,用來(lái)生產(chǎn)未來(lái)的超級(jí)計(jì)算機(jī)。用石墨烯取代硅,計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會(huì)快數(shù)百倍。
另外,石墨烯幾乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常致密,即使是最小的氣體分子(氦氣)也無(wú)法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料,如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽(yáng)能電池板。
鑒于石墨烯材料優(yōu)異的導(dǎo)熱與導(dǎo)電能力和高透明穿透率性質(zhì),LED業(yè)界開(kāi)始嘗試將石墨烯用于LED芯片與散熱領(lǐng)域。
2015年,英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的國(guó)家級(jí)石墨烯研究所研制出了全新的石墨烯燈泡,擁有比LED燈泡更堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)和更低廉的價(jià)格。據(jù)研究人士介紹,這種新型石墨烯燈泡仍基于LED技術(shù)研發(fā),通過(guò)神奇的石墨烯分子大大增強(qiáng)其性能和使用壽命,而且在價(jià)格上有希望比傳統(tǒng)LED燈泡更便宜。這種創(chuàng)新技術(shù)的石墨烯燈泡為可調(diào)光燈泡,燈泡內(nèi)有燈絲形狀的LED燈,且LED燈外層會(huì)涂上石墨烯,石墨烯的導(dǎo)電能力強(qiáng),可讓燈泡使用時(shí)間拉長(zhǎng),并減少10%的能源消耗。
專(zhuān)業(yè)人士還認(rèn)為,對(duì)“硅”的替代將為L(zhǎng)ED芯片行業(yè)帶來(lái)一次顛覆性的改變。據(jù)麻省理工學(xué)院研究院發(fā)現(xiàn),石墨烯技術(shù)可以使芯片的速率提升百萬(wàn)倍。若能成功商用,這對(duì)芯片行業(yè)而言無(wú)疑是一次新的革命。在過(guò)去的幾十年里,硅一直是制造芯片的原材料首選,而石墨烯的出現(xiàn),未來(lái)或?qū)⒋婀璩蔀樾酒饕牧稀?/div>
另一方面,除了優(yōu)異的導(dǎo)熱導(dǎo)電能力以外,石墨烯還有望取代現(xiàn)有的稀土元素來(lái)制作白光LED。來(lái)自中國(guó)臺(tái)灣清華大學(xué)的研究人員,在一篇公開(kāi)發(fā)表的文章中聲稱(chēng),使用了稀土元素以外的材料制作出了可以發(fā)白光的LED產(chǎn)品。據(jù)介紹,這個(gè)LED是以堿金屬鍶為基礎(chǔ),搭建了金屬有機(jī)框架(MOF),在MOF的上下分別結(jié)合了石墨烯等材料,構(gòu)成了可以直接發(fā)出白光的LED。
當(dāng)前,隨著LED市場(chǎng)的逐漸成熟和競(jìng)爭(zhēng)的愈發(fā)激烈,如何降低成本,制造更高性能的產(chǎn)品已經(jīng)成為L(zhǎng)ED企業(yè)追逐的目標(biāo)。石墨烯與LED照明領(lǐng)域的結(jié)合應(yīng)用無(wú)疑將為L(zhǎng)ED產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了一個(gè)新的突破口。
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