超级材料—石墨烯
“超级材料”这个词近来被大量的使用——陶瓷超级材料,气凝胶超级材料,弹性体超级材料。但是有一种超级材料把它们都淹没了,它让它的发现者获得了诺贝尔奖,并为科学的炒作和兴奋定义了上限。它有可能使处理、电力储存、甚至太空 探索 发生革命性的变化,这就是石墨烯材料。那么石墨烯的市场应用主要有哪些方面的呢?
石墨烯是由单层碳原子排列成六边形晶格的一种异形体(形式)。它是碳的许多其他异形体的基本结构元素,如石墨、钻石、碳、碳纳米管和富勒烯。石墨烯有许多不同寻常的性质,它能有效地传导热量和电,它的导电性也非常高,而且几乎是透明的。它不仅具有令人难以置信的物理特性,还被广泛引用为每一重量基础上创造的最坚固的材料。例如,石墨烯在原子小的情况下,可以使处理器中的晶体管更加紧密地封装,并允许许多电子行业向前迈进一大步。
在未来的石墨烯时代,随着批量化生产以及石墨烯技术等难题的逐步突破,石墨烯的产业化应用步伐正在加快,基于已有的研究成果,未来,石墨烯将会在以下领域率先实现商业化应用:
01 基础研究方面的应用
石墨烯对物理学基础研究有着特殊意义,它使得一些此前只能在理论上进行论证的量子效应可以通过实验经行验证。在二维的石墨烯中,电子的质量仿佛是不存在的,这种性质使石墨烯成为了一种罕见的可用于研究相对论量子力学的凝聚态物质——因为无质量的粒子必须以光速运动,从而必须用相对论量子力学来描述,这为理论物理学家们提供了一个崭新的研究方向:一些原来需要在巨型粒子加速器中进行的试验,可以在小型实验室内用石墨烯进行。
02 传感器方面的应用
石墨烯可以做成化学传感器,这个过程主要是通过石墨烯的表面吸附性能来完成的,根据部分学者的研究可知,石墨烯化学探测器的灵敏度可以与单分子检测的极限相比拟。石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感。石墨烯是电化学生物传感器的理想材料,石墨烯制成的传感器在医学上检测多巴胺、葡萄糖等具有良好的灵敏性。
03 新能源电池方面的应用
新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域。美国麻省理工学院已成功研制出表面附有石墨烯纳米涂层的柔性光伏电池板,可极大降低制造透明可变形太阳能电池的成本,这种电池有可能在夜视镜、相机等小型数码设备中应用。另外,石墨烯超级电池的成功研发,也解决了新能源 汽车 电池的容量不足以及充电时间长的问题,极大加速了新能源电池产业的发展。这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道路。
04 防腐涂料领域的应用
目前国内防腐涂料消费量近180万吨,占世界防腐涂料总消费量的40%以上。我国防腐涂料需求主要集中在船舶、石油化工、桥梁、集装箱等领域。涂料中添加石墨烯后,石墨烯能够形成稳定的导电网格,有效提高锌粉的利用率,同时,石墨烯涂层能在金属表而与活性介质之间形成物理阻隔层,对基底材料起到良好的防护作用。
近年石油化工、铁路交通、新能源、基础设施建设等更是蓬勃发展,为防腐涂料提供了广阔的市场空间。烯旺 科技 致力于对石墨烯涂料进行大规模商业和工业应用,为全球客户提供高效产品和全方位解决方案,打破中国重防腐涂料和核心原料严重依赖进口的局面,为涂料行业工业4.0提供坚实的基础。 作为石墨烯应用的开拓者,石墨烯防腐涂料和功能性涂料成为烯旺 科技 重点发展战略之一。烯旺 科技 整合集团投资的涂料资源,组织顶尖科研人员,率先开发了石墨烯复合陶瓷耐蚀树脂和涂料系列产品以及独特的石墨烯改性锌粉底漆等。
05 医疗 健康 领域的应用
今年3月,南京医科大学和烯旺 科技 共同研发的一项石墨烯无创治疗肿瘤新技术,被美国生物医学顶级期刊《Advanced Therapeutics》(先进医疗) 作为封面论文发表,这种无创、低副作用、低成本的全新治疗策略,或将成为治愈癌症的一大进步,有望成为未来肿瘤治疗的主流方法之一。
在慢性病的治疗上,石墨烯具有巨大的医疗潜力。石墨烯释放的远红外,作用于人体时会引发细胞原子与分子的共振,共振效应可将远红外线的热能传递到人体皮下的较深部分,作用于血管微循环系统,可加速血液循环,强化各组织间的新陈代谢,调理身体,促进慢性病的康复。石墨烯在医疗领域的发展令人惊喜,运用非药物疗法治病,一方面减少损伤,一方面节省费用,不仅让医疗技术变得更加成熟,提高医疗活动的效率和质量,更可以与传统医疗技术形成互补,同时降低医疗成本。借助这样治疗方式,才能不断让优质的医疗资源普惠到更多人群中。
石墨烯 科技 为医学领域带来了重大突破,更为人类 健康 贡献了非凡力量。烯旺 科技 在石墨烯医疗领域的更多应用,让更多科学以及医学专家坚信,在未来数十年内,更多现在无法解决的问题,石墨烯将发挥更大的作用。
总而言之,从现今石墨烯技术的实际应用以及技术水平来看,对石墨烯的很多发展已经有了决定性的进度,其中在防腐涂料及医疗 健康 领域,烯旺 科技 已发展到可以规模商业应用的阶段。我们相信,随着越来越多成熟石墨烯应用的加速落地,石墨烯,将重新定义世界,让我们一起期待世界的改变。
成果简介
基于石墨烯的光电探测器由于其带宽大、占地面积小以及与硅基光子学平台的兼容性而在高速光通信中引起了极大的关注。大带宽硅基光相干接收器是具有先进调制格式的大容量光通信网络的关键元件。 本文,华中 科技 大学张新亮教授团队等研究人员在《Nat Commun》期刊 发表名“Ultrahigh-speed graphene-based optical coherent receiver”的论文, 研究通过实验证明一种基于90度光学混合和石墨烯上等离子体槽波导光电探测器的集成光学相干接收器,具有紧凑的占地面积和远超过67GHz的大带宽 。结合平衡检测,接收 90 Gbit/s 二进制相移键控信号并提高信噪比。此外,实现了在单极化载波上接收 200 Gbit/s 正交相移键控和 240 Gbit/s 16 正交调幅信号,附加功耗低于 14 fJ/bit。这种基于石墨烯的光相干接收器将有望在 400千兆以太网和800千兆以太网技术中应用,为未来高速相干光通信网络铺平另一条路线。
图文导读
图1:在PSW上使用石墨烯的 OCR。
图2:90度光学混合性能。
图3:石墨烯-PSW PD 的性能。
图4:平衡检测测试。
图5:相干检测的实验演示。
小结
综上所述,结果表明,我们提出的基于石墨烯的 OCR 对高级调制格式具有超高速和高质量的接收能力,这些格式对光的幅度和相位信息进行编码。 经过验证的基于石墨烯的器件为超紧凑和高性能 OCR 提供了一条不同的材料路线,在数据中心和下一代高速光互连中具有竞争力。
文献:
文 颖宝
这群年轻人,与凝望他们的时代。
1996年发生了许多具有先锋意义的历史:凤凰卫视中文台开播,羊“多莉”诞生,王菲成为首位登上《时代周刊》封面的华人歌手。
还有,《新周刊》创刊。
这一年出生的孩子们,具有一种和“前辈们”与众不同的特质。在国内,他们是特立独行的之一批95后;在国外,他们又被称为“Z世代”。
我们从中挑选出6位代表人物,和大家分享他们不一样的故事和人生。
新锐、朝气与无畏,是他们的标签。/《破风》剧照
竞技,飞跃
傅园慧,游泳运动员
傅园慧3岁的时候,每到换季就要咳嗽上小半个月,医生说她有哮喘倾向。这句话在她5岁那年应验了。
听说强魄的体格能抗衡哮喘,傅春升便将她送去学游泳。游泳馆里,许多小孩用力抱着教练的腿、生怕被扔下水,傅园慧却一边跳进泳池、一边将手背在身后模仿摆动的翅膀,朝妈妈大喊:“水里好好玩!我是属小的吗?”
教练说,不怕水是傅园慧的天赋。但天赋变实力的过程,高低起伏。
2012年,傅园慧在100米女子仰泳项目中,以59秒99的成绩出战伦敦的资格。然而到了真正的赛场,她变成了唯一没有游进60秒的选手。
那段时间,长年浸泡在水里导致的中耳炎,让傅园慧的耳朵刺痛难忍。加之心理压力大,她时常将自己关在房间里,在黑暗中呆坐一整个晚上。傅春升心疼女儿、劝她,却被回怼:“不要捣乱好不好。”
在2022 年的里约上,傅园慧刷新了100米女子仰泳的全国纪录,夺得铜牌。记者问她是否有保留实力,她搞怪地回“没有保留,我已经用了洪荒之力啦!”
一夜间,即使没有 的人们,也都知道了这一位“洪荒少女”。
在今年7月公布的中国游泳队东京参赛名单上,傅园慧与另外两位名将叶诗文、刘湘缺位。有体育记者分析,三位女将均为25岁,而征战东京的女性运动员,平均年龄为20.3岁。
此外,她们近年来的表现未达预期。早前在东京选拔赛中,傅园慧因抢跳被取消成绩,未能进入决赛。
傅园慧曾在媒体镜头前自我检讨:“没什么好推脱的,但我会竭尽全力做好一切。”
傅园慧就是这样,做真我,不逃避。
2022 年1月7日是傅园慧21岁生日,她在微博中写道:“永远也无法忘记曾经已经不堪一击的我,和这一年最痛苦挣扎时的我,是什么样子。那是一种深刻的绝望。”2022 年,她的微博风格开始变得积极:“让时间翻开崭新的一页。”/傅园慧微博
周琦,篮球运动员
被粉丝唤作“大王”时,周琦才15岁。
2011年,中国青年篮球队征战U16土耳其男篮邀请赛,夺得冠军与7连胜的好成绩。中锋周琦以场均20.5分、10.3个篮板、5.4次封盖的数据一战成名。亚洲篮球联合会在新闻报夸赞周琦“将是中国男篮继姚明和王治郅后另一位具备潜力的中锋”。(封盖:俗称盖帽,对方球员投篮过程中,己方球员在空球打掉的动作。)
但随着时间推移,周琦的表现备受争议。2022 年,篮球世界杯小组赛在五棵松体育馆,在主场迎战的中国队败给了波兰队。
球迷将矛头指向了周琦——比赛最后7.2秒,中国队仍以72:71领先。此时,掌握球权的他却出现发球失误,被波兰球员抢断。中国队因此被拖入加时赛,最终以76:79小比分落败。直播镜头扫过场下坐着的姚明,他的眼眶红了一圈。
即使影响赛事结果的因素有很多,比如易建联与郭艾伦皆因犯规提前下场,但无法改变这场比赛被钉上耻辱柱的事实。球迷一度将周琦的标签改为“波兰中锋”“波兰卧底”,并造出了 络成语“姚头叹琦”。
在综艺《吐槽大会》上,范志毅句句扎心:“周琦那个发球我看了好几遍,我上去用脚都能传给别人,你用手都不行。”舞台边上,周琦抱着篮球苦笑。
今年5月,周琦位列《2022 中国运动员传播影响力榜》第10位,这证明了他的实力尚在,且能对起到正面的导向作用。
他也在积极调整发展方向。近期,周琦在采访中表示,想从队转入辽宁队,因为后者能提供更好的。
失败并不要紧,重要的是反思和调整。
今年,周琦加强了训练,试图寻回光环。/周琦微博
上天,入地
周承钰,中国最年轻的火箭发射女指挥
综艺《创造101》成团夜里,节目组公布了限定女团名为“火箭少女101”,寓意直冲云霄、奔放未来。
把“火箭少女”这个词用在周承钰身上,其实更为合适。
2022 年11月24日,嫦娥五号探测器成功发射升空3小时后,作为连接器系统指挥员的周承钰发了一条朋友圈:“连接器完美脱落,连接器家族牛!预祝嫦娥五号顺利返回!”
这一年,她才24岁。
周承钰本科就读于国防科技大学。毕业前夕,导师给她安排了颇为硬骨头的论文题目。她一看,觉得自己研究不出结果,想打退堂鼓。导师翻出师兄师姐们的课题,全是难度更高的前沿新兴研究。导师对她说:如今手上的课题与前辈们的课题,你选一个。
于是周承钰把刚想“扔掉”的硬骨头抱了回家。
在嫦娥五号的升空地文昌发射场里,她是近80人的科研队伍中最年轻的指挥员,也是首位女性指挥员。
刚上班时,前辈们本着照顾小丫头的想法,更多地分配的工作给她。结果在长征五号遥三运载火箭测试任务中,她每天到二级连接器配气台工作,竟没有一句抱怨,让前辈们不已。
通往配气台的钢铁台阶,有15层楼高、共180多级阶梯,倾斜角接近90°,别说 立行走了,用四肢攀爬着上去一趟都累得够呛。私底下,科研人员唤它为“天梯”。周承钰一天爬4趟,一爬就是60天。
被问到是否觉得工作艰难时,她回答,在做毕业课题时已经“经历过更难的,所以不觉得现在难了”。
周承钰指挥的连接器系统,是发射场动力系统与加注系统的关键部分,具有设备分布广、协调接口多等特点,即便是经验丰富的科研人员,也要小心翼翼地操作。从嫦娥五号升空的结果来看,她将工作完成得很好,并且能高效有序调度超30名科研人员共同推进工作。
文昌发射场的同事里,有许多国防科技大学的师兄,周承钰想追上他们。如果时光倒流,回到选毕业课题的那一天,她或许会选择前辈们的题——
“他们能做好,我也能。”
嫦娥五号成功发射后,周承钰与话题#24岁女孩成文昌发射场最年轻女指挥#也同步上了热搜。/央视新闻截图
曹原,《自然》2022 年度科学人物榜首
2022 年,科学刊物《自然》将曹原安置在年度科学人物首位,附文“中国潜在的最年轻的者”。
国内媒体更倾向将他描述为“石墨烯的驾驭者”。
排在他后面的,有发布了盖亚探测器对10亿多颗恒星追踪数据的天文学家Anthony Brown、通过基因组数据协助警方逮捕上世纪七八十年代犯下数起凶杀案的“金州”的系谱学家Barbara Rae-Venter等等。
童年时期,曹原对照着科学画册,将银镯子泡入硝酸溶液,合成了。看着“凭空消失”的首饰,曹妈妈哭笑不得。曹原后来的大学老师、中科大物理教授丁泽军说:“曹原是一个真真正正为科学而生的人。”
曹原仅用3年就学完了初中、高中课程,然后在14岁那年凭借669分的高考分数,入读中科大少年班;4年后,他前往麻省理工学院读博。
2022 年,尚在麻省理工的曹原以之一 身份,发表了那两篇轰动世界的石墨烯超导论文,成为《自然》创建149年以来,之一位在同一天内、连续发两篇论文的 ,同时也是年纪最小的 。
在现代,电力是与水源、粮食同等重要的。“电阻”则顾名思义,会阻碍电流输送,造成一定程度的电力损耗。如果尽量减少电阻,人类将更多。百年来,世界各地的科学家为了这个问题想破脑袋,却一直停留在假设层面。
曹原的论文打破了僵局:当两层平行石墨烯的转角接近1.1°时,就会产生超导效应。有媒体评价,这一技术发现,将中国的石墨烯研究向前推进了30年。
从麻省理工学院毕业后,曹原婉拒了校方的劝留,选择回究石墨烯,“科学没有国界,但科学家有自己的祖国”。
就在刚刚过去的7月21日,曹原在《自然》发表了一篇新论文,阐述石墨烯超导研究的最新进展。这是他自2022 年至今,在顶刊上发布的第8篇论文。
连天才都在奔跑。
曹原今年才25岁。/ 络
逆行,抢救
佘沙,援鄂
热映《中国医生》中,张涵予饰演的金银潭医院院长,就病患源源不断的情况,在动员大会上,询问大家是否有自愿到重症监护室帮忙的。话音落下,现场安静了足足5秒。一个女孩突然 起来:“我报名。”在她的背影后,越来越多人 了起来。
在现实世界的2022 年,有无数像她这样自告奋勇的逆行者。
佘沙是人,2008年,她的老家经历了8.0级大,“房子都塌了,一片废墟”。12岁的她, 在尚有的小学操场上,不知所措。
一群穿着白大褂的部队军医向她跑来。准确地说,是向跑来。佘沙一家在医护人员及全国各地陌生援助者的帮助下,走出了阴霾。
2022 年,佘沙入职四川省第四医院,成为肿瘤介入治疗方面的。2022 年疫情暴发之际,她先后3次主动请缨援鄂,最终被分配到武汉大学医院工作——
这所医院是抗疫一线,也曾是期间救治伤员的定点医院。带领佘沙进行抗疫工作的长,恰是在中救助伤员的志愿者。得知这巧合后,佘沙说,善意会在冥冥之中延续。
佘沙在武汉大学医院负责“预防医院感染”工作,即对可能发生的医院感染进行预防与控制。她每天都在奔走、弯腰下蹲数次,给队驻点酒店的各个角落消,以避免医护人员在休息期间被感染;推车等工具全部在污染区,她便用人力搬运这种“最笨”的,将呼吸机等仪器一件件扛进医院。
2022 年,佘沙入选由、全国妇联等四部门联合发布的“一线医务人员抗疫巾帼英雄谱”,被授予“抗击肺炎疫情全国三八红旗手”称号。
回想2022 年除夕那天,佘沙缠着四川省第四医,嚷嚷着要加入援鄂队伍。问,你真不怕被感染哦?
佘沙说,哎呀,我不一样,我是的呀!
2022 年电视剧《最美逆行者》中,由任敏饰演的于丽娜 ,为报援助之恩加入援鄂队。有人说,于丽娜的原型就是佘沙。/图为佘沙本人 新华
甘如意,武汉医生
与佘沙一同入选“一线医务人员抗疫巾帼英雄谱”的,还有武汉医生甘如意。但大众对她更熟悉的称呼,是“4天3夜骑行女孩”。
甘如意在武汉金口卫生院范湖分血液检验科工作。2022 年1月中旬,武汉的疫情真正严重起来之前,甘如意已经回了荆州老家准备过年。
疫情的消息让她日渐焦虑。检验科只有3个医生,她提前回家了,剩下两位同事已经在抗疫岗位上扛了十几天。腊月廿九的晚上,她对爸爸说:“我要回医院了。”
当时武汉已经封城,与之的公共交通也都停止。她想过坐计程车,但连续问了几个司机,都不敢靠近武汉。
她决定骑自行车去武汉。从荆州县垱镇杨家码头村,到武汉金口卫生院范湖分院,一共285公里。预测,需要连续骑行18个小时。
实际耗时比预测时间要多得多。1月31日,大年初六,她骑行了5小时顺利到达县城,但在前往荆州市的长江大桥上,被以疫情防控为由阻拦骑车通行。她将自行车存放在副食店内,徒步过桥,然后在荆州扫了一辆共享单车,蹬上了318国道,前往下一 潜江市。
2月2日晚8点,抵达潜江市时,她已经骑行了3天、126公里,膝盖生疼、精神疲惫不已。所幸,她在潜江街头遇到两名。后者之余,在隔天安排她坐上了一辆前往武汉的送血车。
4月8日,武汉解封。离家68天的甘如意回到了荆州,妈妈给她做了一桌子菜,说:“你走的时候还是冬天,回来的时候已是春天了。”
上图为工作中的甘如意,下图为她骑过的自行车——这辆车如今收在武汉金山舰抗疫博物馆中。/ 络
抗压、超越、探索、不服输、心怀善意,是这一群1996年生的年轻人所坚持的人生品质。
若要给他们一个标签,那便是“新锐人物”。
1996-2022 年,新周刊发行25年间,亦坚持向时代传递这种新锐的价值观。
新周刊与新锐人物们一同成长、一同经历挫折、一同奔向未来。
以上就是与69属猴男和76属龙女相配吗相关内容,是关于傅园慧的分享。看完76年女和68年男合适吗后,希望这对大家有所帮助!
单层理论0.34nm,实测AFM时小于1nm都可以接受。
通过巧妙设计,浙江大学高分子系高超教授团队研发出一种新型石墨烯组装膜:它是目前导热率最高的宏观材料,同时具有超柔性,能被反复折叠6000次,承受弯曲十万次。这一进展解决了宏观材料高导热和高柔性不能兼顾的世界性难题,有望广泛应用于高效热管理、新一代柔性电子器件及航空航天等领域。
高超教授
浙江大学高分子系纳米高分子课题组,由国家杰出青年基金获得者高超教授领衔,目前课题组共有教授1名、助理1名、博士后3名、博士生11名、硕士生5名、企业联合培养博士后1名。建有石墨烯、新能源材料、高分子化学3个实验室及1个“浙江大学-碳谷上希”联合研究中心。
团队长期致力于单层氧化石墨烯的规模化制备及其宏观组装研究,发现了氧化石墨烯的液晶性,发明了石墨烯纤维、石墨烯无纺布、石墨烯连续组装薄膜及最轻材料石墨烯气凝胶四种纯石墨烯宏观材料(简称F4),开发了低成本高质量单层氧化石墨烯、多功能石墨烯复合纤维、石墨烯高效电热布、石墨烯超级电容器、石墨烯-铝离子电池、石墨烯纳滤膜等六大核心技术,这些成果产业化前景广阔,部分已实现生产和中试。
高超,1973年1月出生,土家族,浙江大学求是特聘教授、博士生导师、高分子科学研究所所长。
1995年在湖南大学获得学士学位、1998年获硕士学位,2001年获上海交通大学博士学位。博士毕业后留上海交大任教,于2003年到2006年先后在英国Sussex大学和德国Bayreuth大学做访问学者和博士后研究。2008年被引进浙江大学,被评为教授、博士生导师。
共同主编Wiley出版的英文专著1本《Hyperbranched Polymers: Synthesis, Properties, and Applications》,为英文专著撰写6章,获中国发明专利授权23项。
担任国际期刊Colloid and Polymer Science地区主编。
曾入选或获得科技部“中青年科技创新领军人才计划”(2014)、国家杰出青年基金(2013)、浙江省“钱江人才计划”(2010)、上海市“浦江人才计划”(2007)、教育部“新世纪优秀人才计划”(2005)、第九届“霍英东基金”(2004)、上海市“青年科技启明星”(2003)等人才计划,获得浙江省青年科技奖(2013)、1项国家自然科学二等奖(排名第3)、1项上海市科学技术一等奖(排名第3)及全国优秀博士学位论文等奖励。
主要成果:(1)发现了氧化石墨烯液晶及二维胶粒的手性液晶相,提出并实现了连续石墨烯纤维;
(2)实现了高性能石墨烯纤维超级电容器和石墨烯基纳滤膜;
(3)采用非模板协同组装策略制备了超轻弹性气凝胶;
(4)发明了绿色、超快、安全的铁基法,可大量制备单层氧化石墨烯,突破了自1958年以来的高污染、易爆炸、长时间的传统制备方法。
铁基法1小时内就可制备单层石墨烯。有望实现大规模工业应用
现在,成果里面又要加上这一心形的石墨烯组装膜。这一研究成果被Nature, Nature News, Scientific American等亮点评论,认为“实现了石墨烯在现实器件应用的关键一步”、“开辟了碳纤维制备的新途径”,被美、法、澳、中国等多个课题组跟进研究。
2017年4月,材料科学的世界旗舰级期刊《Advanced Materials》编辑部邀请浙江大学高新材料相关各研究组撰稿,以校庆专辑形式展示浙江大学在材料化学领域的研究成果,献礼浙江大学120周年校庆。
石墨烯纤维结入选Nature 2011 年度图片,为2005年以来唯一入选的中国科技成果。超轻气凝胶被Nature 两次高度评论。
获最轻固态材料吉尼斯世界纪录认证,授予世界创新论坛“金袋鼠”创新奖,入选两院院士评选2013年中国十大科技进展新闻。
用最新高导热超柔性石墨烯膜折叠的千纸鹤
彭蠡,高分子科学与工程学系博士,曾以科学论文《快速规模化绿色制备氧化石墨烯》获得“启真杯”浙江大学2016年度学生十大学术新成果奖项
近日,浙大新闻办,钱江晚报等媒体记者采访了浙江大学高分子系高超教授团队。面对记者,高超教授介绍,电子电器工作时会发热,需要高效热管理来保证其正常运行。新一代器件还要求可弯折性。因此,研究高导热高柔性材料至关重要。但现有宏观材料的高导热和高柔性是一对鱼和熊掌难以兼得的矛盾。
石墨烯的出现为解决这一矛盾提供了理论上的可能。它是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面单层二维大分子。原子质量轻、简单而又强力的键接结构赋予了它超高的导热性;同时,单原子层厚度又使得其具有较好的柔性。遗憾的是,目前已有的剥离型石墨烯片小、缺陷多,其组装而成的宏观材料导热率和柔性都欠佳,还比不上商业化的聚酰亚胺石墨化膜(GPI)。比如,我们手机里的散热膜,就是用GPI制成的。
发现石墨烯的诺奖得主安德烈·海姆,浙大名誉教授,石墨烯的发现就值一个诺贝尔奖,新型石墨烯组装膜未来上到航空航天,下到智能手机都可应用,其价值就更是大的不可估量了
在高超教授的办公室,记者见到了一片20厘米边长的石墨烯组装膜,看上去很像一片大大的即食海苔。高超介绍,这10微米厚的“海苔”,是由数千层单片石墨烯交叠而成的。实验测试表明,石墨烯膜可以耐受10万余次的弯曲,而不影响其导热导电性能,而且,在反复折叠6000次后仍没有断裂。此前性能最好的GPI最多只能反复折叠3次。同时这种石墨烯膜的导热率最高达到2053W/mK(瓦/米·度),接近理想单层石墨烯导热率的40%,创造了宏观材料导热率的新纪录。
图1. a) 市售智能手机背面;b) 手机处于待机状态;c) 用聚酰亚胺石墨化膜(GPI)作为手机散热膜;d) 同一部手机用新型石墨烯膜作为散热膜;e, f) 在(b), (c), (d) 三种状态下,手机的水平和垂直温度线的比较,表明石墨烯膜具有更好的散热降温效果。
柔软而高导热的性能,赋予我们无限的想象空间,比如,可折叠的手机、笔记本电脑,甚至卫星和航天器。课题组将这种石墨烯膜替代商用GPI膜,应用于手机散热膜上,发现手机CPU处的温度可以控制在33℃以下,相对商用GPI膜降低了6℃。如果把这层膜用到人造卫星上,就能很好地解决卫星的“向光背光”温差大的问题。
彭蠡说,电子元器件的散热是器件开发一项很重要的课题。它们“怕热”,是因为这些功率器件都有稳定工作的温度区间。随着温度的升高,器件工作的稳定性会下降,噪音升高,并且寿命降低。一般来说,温度提高8—10度,器件寿命会下降一半。据统计,电子产品失效的原因中,温度占比达到50%以上。
科学家是如何让石墨烯膜由“脆”变“柔”,并兼顾了良好的导热性能呢?高超说,团队提出了一种“大片微褶皱”的设计思路,在制备石墨烯膜的过程中引入了许多微小的褶皱,让石墨烯膜成为一种“能屈能伸”的材料。就像女孩们的百褶裙,裙摆可以展开很大。如此细小的褶皱怎么制造?高超团队想出了一种新颖的方法:将石墨烯膜高温加热,膜中的含氧官能团在高温下分解释放出气体,使石墨烯膜内部形成微气囊;再经过机械辊压成膜,微气囊的气体被排出,形成微褶皱。“就这么简单”,高超说。
图2. 石墨烯微褶皱的引入过程:高温加热还原形成微气囊,机械辊压形成微褶皱
论文截图,褶皱在折叠过程中极大增强了膜承受弯曲的能力
Advanced Science News评论认为,这项成果使得很多大面积多功能的二维材料能够应用到现实世界的柔性器件中,从航空航天到智能手机,不一而足。
Advanced Science News认为,这样的设计理念和实验策略能够拓展至其他二维纳米材料中。