虽然只是薄薄一片 但石墨 烯却有这六大神奇用途

2018-11-12 09:34

虽然只是薄薄一片

但石墨 烯却有这六大神奇用途

石墨烯 是目前在科技界最为流行的一种高性能材料,单层原 子的厚度和各种优良性能,使它在 各行各业都具有极高的应用潜力。从改进 海水淡化过滤设备到快速充电电池,再到发明下一代 LED 的灯泡、改进太阳能电池。但是我 们相信石墨烯的潜力远不止这些,下面带 大家盘点下石墨烯目前已经改变的六种技术。

净化海水

在全球范围内,将海水 变成普通饮用水的研究始终都不曾停止。洛克希德·马丁公 司发现使用石墨烯做为过滤器能减少过滤海水的能源消耗,这种薄 膜的厚度是同类产品的五百分之一,但是强 度却达到了同类产品的 1000 倍。他们将 这个过滤器称为「Perforene」,这个过 滤器原本的设计目的是为了清理漏油,但是研 究人员最近发现这个过滤器也可以用在海水净化上。

因为过 滤器中的滤膜很薄孔很小,只有水分子能通过,而相对 比较大的盐离子就无法通过了,而这个 过程的能源消耗比普通的海水净化过程要少 20%,更加适 合用电净水的地区。当然洛克希德·马丁公 司还面临着生产上的挑战,如何在 工业上处理这个极薄的滤膜还是个难题。

超快速充电

现在人 们使用的各种充电电池,每次用 完之后都要花很久的时间来充电。不久前,澳大利 亚斯威本大学的研究人员利用石墨烯电容器发明了一种电池,新电池由 3D 打印制 作的石墨烯片组成,多层石 墨烯在一起组成了这种大容量电池。该电池 循环使用的时候不会有明显的性能损失,更重要的是,这种电 池可以在几秒钟之内充满。

新电池 可以直接替换智能手机、平板、电动汽 车里面的锂电池。石墨烯 的出现给电池一个新的方向,对比传统电池,其使用 寿命和对环境的的污染方面也完全击败了传统电池。由于石 墨烯的制备工艺比较复杂,研究者用 3D 打印制 作的石墨烯价格要低一些,降低了电池的成本,使之具 有更高的应用前景。

雨中太阳能发电

云南师 范大学和中国海洋大学的研究人员用石墨烯开发了一种新型太阳能电池板,可以实现在雨中发电。为了产生电压,研究人 员在太阳能电池表面覆盖了原子厚度的石墨烯,由于雨 水并不是纯净的「水」,其中含有各种盐类,石墨烯 中的电子在与雨水接触的时候,会吸引雨水中的离子,从而产生电压。这样就 可以让太阳能电池板在雨中发电了。

虽然现 在这个太阳能电池的光电转化效率只有 6.5%,和目前太阳能电池的 22% 光电转 化效率有一定差距。但是经过改进后,会适用更多的环境。

超高效率的灯泡

曼彻斯 特大学称自己是石墨烯的故乡,因为在 2004 年,研究人 员第一次在曼彻斯特大学发现了石墨烯。而在 2015 年,这个大 学的一个研究石墨烯的团队发明了一种使用石墨烯覆盖可调光的 LED 灯泡,这个灯泡在 LED 表面涂 上了一层石墨烯,增加了 灯泡的导电能力,同时使 灯泡的能耗和寿命都有延长。

这个灯泡比目前的 LED 灯泡能源消耗要低 10% 以上。这个更耐用,更省电的 LED 灯泡不 久之后就在英国开始售卖了。这是石墨烯商品中,早期成 功商业化的产品之一。

世界上最轻的材料

科学家 一直致力于开发出更轻的材料。在 2011 年以前,最轻材 料的记录一直是每立方厘米 0.9 毫克,在同年,这个记录从 0.9 改成了 0.18。而在在 2013 年,中国的 研究团队设计了海绵状的石墨烯气凝胶,以 0.16 的成绩 摘得了世界最轻材料的桂冠。他们使 用干冰和氧化石墨烯做出了石墨烯气凝胶,做出的 气凝胶密度极低,每立方厘米只有 0.16 毫克。这种用碳做成的海绵,非常的 柔软同时还具有极好的吸附能力。

该研究团队说,这个海 绵可以吸收自身重量 900 倍的物质,在将来 很可能用这种海绵来清理油污。更重要的是,由于这 个石墨烯气凝胶不同于其他的气凝胶,具有一定的弹性。这样,无论是 油还是海绵都可以回收利用。这就成 为了一个可以循环的解决方案。

比钢铁强度高 10 倍

纸是一 个公认的强度不高的物品。几滴水 就让这张纸的强度消失。五年前,悉尼科 技大学使用石墨烯开发出来一种石墨烯纸,它的强度是金属的 10 倍以上,重量和 密度是钢铁的六分之一,是一种 很耐用的纳米纸。这种纸 是由石墨烯压制而成的纸张,但是压 制的出来的完全是一张柔性的纸张。用完之后可以 100% 回收,它的导电性、耐用和 超薄的特点让它在很多行业中都有非常好的前景。

目前该 大学的研究人员正在与波音公司合作,研发创新这种材料,由于这 种石墨烯纸目前表现出的良好性能,未来很 有可能成为碳纤维等其他碳基材料的替代品。


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