石墨烯材料挑戰(zhàn)各種“不可能”
作者：admin 發(fā)布時(shí)間：2023-04-12點(diǎn)擊：
憑借其特殊的物理結(jié)構(gòu)和特質(zhì)，石墨烯可以在多個(gè)領(lǐng)域帶來顛覆性的變革。
如果將其成功用于超級電容器或鋰離子電池的電極材料，套用當(dāng)下比較流行的話，“媽媽再也不用擔(dān)心我的電池了”。據(jù)介紹，儲(chǔ)能材料有兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，一是導(dǎo)電性，石墨烯是目前世界上電阻率最小的材料，電子在石墨烯二維平面上自由遷移，就好比汽車開上高速公路一般暢通無阻；二是比表面積，這直接影響儲(chǔ)能材料的比容量，也就是電池的續(xù)航能力。所有組成石墨烯的碳原子都在表面，對于儲(chǔ)能都是有效的，一點(diǎn)都不浪費(fèi)。“只用5分鐘手機(jī)就可以完成充電，而且可以用3天甚至更長。”這一應(yīng)用可能會(huì)為電動(dòng)車動(dòng)力電池開啟新的窗口，在節(jié)能環(huán)保方面有望突破。
手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品用久了會(huì)發(fā)熱，這是因?yàn)槌掷m(xù)的工作產(chǎn)生的熱量無法通過散熱片及時(shí)與外界交換。隨著高功率電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代，對散熱的要求越來越高，而這恰恰是石墨烯的機(jī)會(huì)。
據(jù)提供的資料，室溫下石墨烯的理論導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300瓦/米·開爾文，美國在實(shí)驗(yàn)室已測到單片石墨烯熱導(dǎo)率超過4000瓦/米·開爾文，這超越了碳納米管、金剛石和高定向石墨，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于導(dǎo)熱性能最好的金屬銅達(dá)一個(gè)數(shù)量級。“但這些性能都是基于一個(gè)非常微觀的納米尺度，看不見、摸不著，真正應(yīng)用于實(shí)際就比較困難。”依據(jù)石墨烯高導(dǎo)熱的性能，某個(gè)研究所已成功將石墨烯和碳纖維復(fù)合成新的薄膜，導(dǎo)熱率能超過1100瓦/米·開爾文。
氧化石墨烯算是石墨烯的“近親”，利用它制成的薄膜具有多種優(yōu)異性能。利用氧化石墨烯制作出一種新型隔氣透水薄膜材料。某個(gè)合作研究組做了一項(xiàng)有趣的實(shí)驗(yàn)，用這種薄膜封好一瓶伏特加酒，結(jié)果隨著水分蒸發(fā)，酒的味道越來越濃。與石墨烯表面特殊的相互作用，加速了水分子通過納米寬道的速度。
這個(gè)合作研究組進(jìn)一步制作出具有超強(qiáng)離子篩選功能的氧化石墨烯薄膜。據(jù)介紹，水環(huán)境中的氧化石墨烯薄膜在水的作用下，可以阻止水中半徑大于0.45納米的離子或分子通過。這些發(fā)現(xiàn)在海水淡化與凈化、傳感技術(shù)以及能源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
