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最火新型材料“纳米石墨烯” 究竟能做什么?

来源:广州宏武材料科技有限公司 纳米石墨烯专家    发布时间:2017-12-13浏览量:

      说起新型材料,当属石墨烯最火。冠在石墨烯头上各种“最”字打头的名号让人惊讶不已,柔韧性最好、强度最高、已知的最薄、透明度最高、导热性最好等等……真的有这么神奇吗?石墨烯到底是什么材料,在军事上有何应用?看完本文你就懂了。

  石墨烯是什么?
  提到石墨,大多数人都很熟悉。物理学上解释称,石墨是由碳元素组成的一种层状结构的材料,每一层都是由无数碳原子排列成紧密的蜂窝状六边形平面网络组成,层与层之间的作用力较弱,因此很容易剥离开来,形成很薄的石墨片。石墨烯就是指被层层剥离后,剩下的单层(一层)石墨片,其厚度只有一个碳原子的大小,大约是0.34纳米,被归为一种纳米材料。

      过去很长时间内,科学家一直认为,石墨烯只是一种物理假设,因为它无法在有限温度下稳定存在。直至2004年,两位英国科学家通过简单的“机械剥离法”,在实验室内用胶带从石墨表面生生“撕”出石墨烯后,才证实了它可以单独存在,同时也得到石墨烯的制备方法。他们所用的石墨烯制备方法再简单不过了:先从石墨中剥离出非常薄的石墨片,将其两面分别粘在一种特殊的胶带上,手工撕开胶带后将其一分为二,随后不断地这样重复操作,石墨片会越来越薄,最后仅剩由一层碳原子构成的薄片,石墨烯也就制备出来了。


  石墨烯的特性
  就是这样用胶带“撕”出来的石墨烯,给这两位英国科学家带来了诺贝尔奖,同时也在全球科学界掀起了石墨烯的研究热潮。科研发现,石墨烯的这种单原子结构,使其具备了许多非同一般的神奇特性。
  首先,非常薄。石墨烯是目前已知最薄的纳米材料。有多薄?1毫米厚的的石墨薄片,能剥离出多达300万块石墨烯。
  其次,透明度高,光敏感性好。石墨烯对红外光、可见光、紫外光的透光率均达97.7%;其透光性在较宽的波长范围内都很好,被其吸收的光还能迅速转化为其他波长的光。
  第三,密闭性好。不透气、也不透水,对强碱、强酸等腐蚀性溶液有很强的抵御能力;能有效抑制细菌的生长。
  第四,强度高。石墨烯的强度是钻石强度的2倍、钢材的200倍,是已知硬度最高的材料。有人这样打比方:将与食品保鲜膜薄厚一样的石墨烯制品盖在一只杯子上,想用铅笔头戳破它,得一头大象站在铅笔上才行。
  第五,韧性非常好。石墨烯是已知的最柔韧的材料,且抗压力非常高。普通的石墨烯包装袋可提起一辆2吨重的汽车。
  第六,电阻率低,是已知的导电性最好的材料,被称为超强导体;它还是已知的最优良的导热体。此外,石墨烯的敏感性高,即使是微小的气体分子吸附或释放,都可以通过石墨烯上微小的电阻变化来检测到。

      石墨烯都能干什么?
  石墨烯诸多非同寻常的特性,使得它在国防军事上有着难以估量的应用前景。
  1. 利用石墨烯超薄超轻,抗压力强的特性,石墨烯广泛用于战机、航天器等装备上,也用于防弹衣、装甲车辆的新材料中,减轻重量的同时能提高防护能力。它还可以制成特殊涂料,用于军舰的舰体防护上,抵御海浪冲击以及水气、盐雾等侵蚀,大幅提高武器装备的抗腐蚀能力。
  2. 利用石墨烯的透光性好,对环境敏感度高的特性,制成的高效光传感器,用于红外夜视仪和红外热像仪等光电探测装备中;也可以生产导弹用的非冷却红外导引头,提高导弹的精度和毁伤目标的能力。
  3. 利用石墨烯的导电性和导热性能,代替硅、锗等材料,制成电容、晶体管、集成电路,成为新一代电子元件,用于超级计算机、雷达、通信设备等未来新型军用电子装备上;此外,还可以用来制作武器装备上的大容量电池和太阳能设备,大大提升武器装备的性能,减少对燃油的依赖。
  4. 利用石墨烯高抗压性和柔韧性能,用它来制作装备上的仪表盘、屏幕面板,尤其是柔性屏幕,不仅清晰度高、安全性好、而且重量轻、便于折叠与携带;此外,石墨烯应用在通信与导航用户机、单兵侦察器材、可穿戴装备上优势明显。
  5. 石墨烯良好的密闭性,不透气透水,且能抑制细菌滋生,可用于制作战地医疗物品、军用食品包装袋等。

  结束语
  石墨烯的问世不过短短的十余年光景,但其独特的二维晶体结构和优异的物理、化学特性,使它迅速成为众多领域的研究热点,并在国防和军事等领域扮演重要角色。虽然如此,石墨烯的进一步更广阔的的利用仍面临很多问题需要解决。但正如石墨烯的发现者所言,石墨烯“前途是光明的、道路是曲折的”。未来石墨烯的很多应用将被继续发现,成为真正的“万能”材料,必将对国防和军事领域产生重大影响。




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