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哪种材料的密度是钢的5%,但强度是钢的10倍?

麻省理工学院(MIT)的一个研究小组使用多材料3D打印机研究了最坚固的轻质材料之一。通过压缩和熔化石墨烯片,它们形成的材料的密度为钢的5%,强度是钢的10倍。

通过压缩石墨烯片的热量和压力,研究人员最终得到了一种坚固,稳定,有点像珊瑚的结构。科学家立即发现,正是这种不寻常的珊瑚状形状使压缩石墨烯变得如此坚固,而不是材料本身的性质。因此,通过将此3D形式复制到其他较便宜的材料(例如塑料)上,科学家可以以较低的成本获得类似石墨烯的强度。

当石墨烯结构被压缩到极限时,研究人员发现他们拥有一种非常坚固的材料,其密度为钢的5%,但强度是钢的10倍。通过分析压缩石墨烯片的几何排列,研究人员能够使用3D打印机部分重现这种最坚固的材料。

石墨烯具有如此优异的性能,它将代替钢吗?

石墨烯的热量正在上升

自2004年Constantine博士通过胶带将石墨烯与石墨分离出来以来,石墨烯的话题一直在升温。

近年来,各种媒体的广泛报道终于将石墨烯推到了主题的最前沿–医疗,房地产,汽车,计算机,生物和其他行业与此相关。一段时间以来,石墨烯几乎已经成为尖端技术的代名词。如果在公开时不捕获石墨烯,这似乎不是一个高科技产业。为什么石墨烯这么热,它真的会成为仅次于“煤,钢,硅”的人类第四大材料吗?让现实发展给我们答案。

第一种材料由单原子层组成

碳原子以六边形网格相互连接。铅笔中使用的石墨相当于一层石墨烯,碳纳米管被石墨烯卷成圆柱体。

由于碳原子之间化学键的性质,石墨烯非常坚韧:它可以弯曲成大角度而不会断裂,并且可以抵抗高压。而且由于只有一层原子,电子的运动被限制在一个平面上,从而为其带来了新的电学性质。石墨烯在可见光下是透明的,但不透气。这些特征使其适合用作保护层和透明电子产品的原料。

石墨烯是不小的能源革命

石墨烯的特殊物理结构具有出色的导电性和导热性,因此它也是世界上最小的电阻率材料。因此,用石墨烯制成的电池的能量密度将高达600Wh / kg,而最先进的锂电池仅为180Wh / kg。

例如,石墨烯电池可以充电5分钟,并可以通话24小时。

加上石墨烯电池的重量(是传统锂电池的八分之一)和寿命的两倍,联想在当今手机,电动汽车和其他行业的发展瓶颈...

在生物工程领域中,未来最令人期待的领域是石墨烯或人类巨星。

博伊西州立大学(Boise State University)发表了一篇题为“石墨泡沫为肌管生长提供三维平台”的文章,并研究了石墨烯泡沫在肌肉组织中的应用。结果表明,石墨烯泡沫适合用作生长功能性肌肉组织的支架材料。石墨烯本身是薄碳层,因此被认为是两层平面材料,而石墨烯泡沫是基于石墨烯的3D石墨烯。

最后,研究人员将石墨烯和石墨烯泡沫的独特特性用于人体器官的再生。过去的研究表明,骨骼和软骨可以在石墨烯泡沫上生长,但这只是关于石墨烯泡沫与肌肉生长相容性的第一项研究。

博伊西州立大学材料科学与工程学院的助理教授埃斯特拉达(Estrada)说:“我们希望利用这些结果来研究生命中的基本化学变化,以促进临床应用。”将来,通过新的石墨烯泡沫材料,它可能成为控制肌肉的开关,类似于控制肌肉的神经。对于残疾人来说,这可能不是幻想。

光是最神秘的事物,没有人会屈服于一种产生光的新方法。

麻省理工学院的研究人员发现了一个过程,当飞机超过声速时,会发生类似喷射的爆炸:电荷流经石墨烯,在某些情况下,可能超过减慢的光速,从而形成光的“爆发”。强烈的聚焦光束。

这种将电能转换为可见辐射的新方法是高度可控的,快速而有效的。研究人员说,这种方法可能会导致各种各样的新应用。

研究人员说:“石墨可以在所谓的表面等离子体激元中捕获光。等离子体是代表表面电子振荡的虚拟粒子。这些等离子体通过石墨烯的速度比在自由空间中的速度快。它是数百倍。这种特性还提供了石墨烯产生相反效果的可能性:形成光而不是捕获光。

许多科学研究已经向我们展示了石墨烯的惊人特性,但是有一个陷阱。

这些出色的性能要求非常高的样品质量。要获得具有最佳电气和机械性能的最佳石墨烯样品,需要耗时,费力且昂贵的方法:机械剥离-首先用胶带粘在石墨上,然后用手剥离石墨烯。

不要笑,2004年,诺沃塞洛夫,他们制造了石墨烯。

虽然技术含量不高,但问题是成功率不高,拿到一些样品进行研究,工业生产?即使您在世界各地都有石墨矿,您也可以每天剥落几片...

只能用胶带一遍又一遍地粘贴吗?当然,现在我们还有许多其他方法可以提高产量并降低成本。

液相汽提法:将石墨或类似碳质材料放入具有超高表面张力的液体中,然后用超声波轰击石墨烯“雪花”。

化学气相沉积:将含碳气体冷凝在铜表面上,并剥去形成的石墨烯薄层。

直接生长法:直接尝试在两层硅的中间生长一层石墨烯。

还有一种化学氧化还原方法:通过插入氧原子来分离石墨片等。

问题是使用这些方法无法保证产品的质量。可以说有很多方法,每种方法都有自己的应用范围,但是到目前为止,还没有真正适合大规模工业生产的技术。

石墨烯的“发泡”

在过去的几年中,石墨烯在中国发展迅速,人们惊讶于石墨烯行业发展迅速,产品性能良好。但是,在这些“光环”的背后和令人惊讶的是,它不禁质疑。石墨烯产业目前是一个新兴领域,它还没有真正形成自己的产业。开发背后仍然存在一些困难和问题。

目前,石墨烯行业的这种“红火”现象还显示出资本过度投机。石墨烯的概念太热,有些新闻缺乏客观性,这导致在有关部门或企业中对石墨烯的误解,导致气氛似乎非常简单,一夜之间变得“短暂而快速”。甚至有些人仍然无法弄清石墨烯和石墨之间的区别。

毫无疑问,石墨烯将在未来发挥巨大作用。未来非常美好,道路仍需一步一步走。尤其是在这个渴望成功的时代,泡沫无处不在。

经过几年的发展,中国的石墨烯产业已基本形成了以江苏为大企业,其他地区分散的产业格局。据统计,中国的石墨矿储量占世界总储量的75%,产量占世界总产量的72%。它是中国为数不多的具有国际竞争优势的矿物之一。中国在石墨烯制备,手机触摸屏,锂离子电池及复合材料等领域取得了一定的研究成果,在某些领域处于国际先进水平。

目前,中国一些领先的石墨烯企业的发展水平居世界前列。长期以来,石墨烯被称为“黑金”,主要在实验室以克为单位少量生产,每克价格高达5,000元。常州第六元素材料科技有限公司在中国开发了第一条大型宏观,完全控制的粉末石墨烯生产线,年生产能力为100吨,导致石墨烯价格跌至每克1〜3元人民币。这使得石墨烯的大规模工业应用成为可能。

在工业发展的亮点频繁出现的同时,一些快速的成功值得警惕。目前,国际上鼓励发展新材料产业,石墨烯已成为其强大的支撑,再加上其巨大的商业价值,政府和企业的高投资热情已导致大量资金流入石墨烯领域,行业规模迅速扩大,“起泡”趋势开始显现。除江苏,重庆,宁波,青岛,德阳,河北,北京等地外,石墨烯产业也在布局中。重庆将石墨烯列为十大战略新兴产业之一。宁波发布了《宁波石墨烯技术创新和产业中长期发展规划(2014〜2023年)》,目标是在10年内将石墨烯产业发展到上千个。根据《经济新闻日报》的报道,除煤炭和钢铁行业外,其他行业的落后产能也将进入产能下降的行列,包括汽车,新能源,石墨烯等行业。落后产能将包括在内。

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