在过去的几年里,石墨烯一直是一个时髦的词:一种具有非凡性能的新材料,有望彻底改变我们生活的方方面面。但这都是空洞的炒作吗?石墨烯到底是什么?我们到底能从中得到什么?
石墨烯是地球上最常见的元素之一(碳)的一种不寻常的形式,早在2004年曼彻斯特大学就发现并合成了石墨烯。它由许多碳片组成,每一片只有一个原子厚,全部排列成六角形晶格。
正因为如此,它有各种有趣和意想不到的特性。例如,石墨烯的强度是钢的200倍,重量是钢的6倍。它导热和导电,对光极为敏感,同时几乎完全透明。
自从它发现以来,科学家和工程师们一直在忙着寻找实用的方法来使用这种非凡的材料。可能性的列表几乎是无限的,但这里有一些地方你可以期待石墨烯在你的生活中很快改变。
一段时间以来,我们已经看到计算机芯片遵循摩尔定律,这意味着它们的功率大约每18个月左右就会翻一番,但我们现在正接近**小型硅晶体管的极限。以这种速度,摩尔定律将不再适用。
但是,研究人员正在研究如何将石墨烯与硅结合起来,生产出更快、更小、能耗更低的处理器。IBM已经在石墨烯研究上投资了30亿美元,预计到2019年,市场上将有一款工作正常的石墨烯处理器。
在最好的情况下,包括石墨烯在内的芯片有可能比传统的硅芯片快几个数量级,因此这里的突破对于计算界来说可能是不可思议的。
在智能**和其他便携式电子产品的时代,我们完全依赖电池,因此我们一直在寻找方法使电池能够持续更长时间。石墨烯在这方面显示出了很大的希望。
三星(Samsung)报告称,通过将石墨烯融入锂离子电池,在提高电池容量方面取得了一些成功。按照类似的思路,东旭(Dongxu)推出了据称是全球首款石墨烯电池组。东旭声称,它的4800毫安时电池可以在15分钟内充满电。目前还不清楚何时可以购买。
无论这些产品是否上市,石墨烯在电池中的潜力都是惊人的。如果能完全实现,这可能是几十年来最具革命性的发展之一。石墨烯超级电容器电池的续航时间是同样大小的锂离子电池的5倍,充电时间仅为锂离子电池的一小部分。
另外,与锂离子电池不同,它们无毒,没有爆炸的危险。
有了石墨烯超级电容器,智能**一次充电可能持续一周或更长时间,电动汽车也将改善可能与内燃机媲美的范围。当它们确实需要充电时,这个过程需要几秒钟或几分钟而不是几个小时,这是一个好消息,因为充电限制是电动汽车广泛采用的一大障碍。
石墨烯可以印刷在纸(或其他材料)上,如果是电路的形式,则可以被RFID阅读器读取。机票、登机牌等是这类技术最明显的即时用途,但可能性无穷无尽。可穿戴的电子产品、灵活的传感器和屏幕,甚至电子纹身在不久的将来都可能变得司空见惯。
石墨烯比目前用于数码相机成像传感器的硅对光更敏感。这为更好的相机在弱光条件下工作提供了可能,这对几乎所有的摄影师和摄像师来说都是一个好消息。(诺基亚甚至正在研发一款智能**,这款智能**将搭载一款基于石墨烯的摄像头传感器,有望比目前的摄像头能耗更低、成本更低。)
石墨烯的高透明度——它可以让97.7%的光线通过——也为3D相机和以后可以调整图像焦点的相机打开了可能性。可以排列多层石墨烯,这样可以用各种焦点拍摄图像,拍照后可以调整焦距。
我们今天使用的扬声器依靠机械零件振动来产生声音。这意味着这些部件需要有足够的物理空间来移动,这限制了扬声器的大小和放置位置。
韩国的研究人员利用热声学原理——通过快速加热和冷却材料来产生声音——用石墨烯气凝胶**出薄而不振动的扬声器。这种扬声器将是移动设备的理想选择,也可以很容易地安装在墙上或平板电视上。
目前还没有迹象表明某个产品会很快上市,但这是一个令人兴奋的进步,有很大的潜力改变声音的世界。
因为石墨烯几乎是完全透明的,它可以用在玻璃上,一个潜在的用途是加强我们智能**上的触摸屏。
石墨烯比钻石更坚固,涂上它的屏幕几乎是坚不可摧的——或者至少当它从你手中滑落时不会断裂。当然,钢化玻璃还有其他多种用途,而石墨烯的其他特性意味着智能窗户和挡风玻璃也是真正的可能。
石墨烯还具有柔性屏幕的前景,这种屏幕将弯曲而不是断裂。同时,如果你的**屏幕坏了,你可以做一些事情。
石墨烯非常轻和非常强,这两个特性在体育器材中是非常理想的,在大多数体育运动中,从器材上削下来的任何重量都等同于竞争优势。自行车是最明显的,高端自行车已经使用轻质碳纤维。
石墨烯与碳纤维的合理结合可以进一步降低重量,同时保持强度。英国的Dassi公司生产了一个装有石墨烯的自行车车架,重量仅为750克,希望在不久的将来能将其降到350克。
但你也可以想象,这可能会渗透到科技界的各个领域,用户不断被下一部比以前更强大、更轻、更薄的**、笔记本电脑或相机所震撼。如果石墨烯的生产证明更便宜,甚至更好。
以上只是石墨烯的一些可能用途,在不久的将来,你最有可能拥有这些用途,但也有广泛的潜在工业和医疗用途,可能同样具有革命性。
石墨烯能否达到我们对它的高期望,还有待观察。可能是一些生产问题仍然无法解决,或者是成本使上述一些用途变得不切实际,但如果哪怕是一小部分潜力都能实现,它将彻底改变我们生活的世界。
你认为石墨烯产品很快就会上市吗?什么应用程序最让你兴奋?请在下面的评论部分告诉我们。
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