神奇的石墨烯要来了,在新风系统中你用了吗?
2017-06-29 11:40 来源:来自互联网,中国新风网编辑发布! 浏览量:1771
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜,是一种只有一个原子层厚度的准二维材料,所以又叫做单原子层石墨。
英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法,薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)。由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性,在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。
进入2017年以来,石墨烯越来越火,先是石墨烯发热服登上了央视春晚,四部委发布《新材料产业发展指南》,石墨烯又强势上榜,在CCTV13新闻频道的朝闻天下栏目中,播出了长达10分多钟的专题《石墨烯到底有多神奇》,下面我们一起去看看。
主要分类
石墨烯单层石墨烯
单层石墨烯(Graphene):指由一层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。
石墨烯双层石墨烯
双层石墨烯(Bilayer or double-layer graphene):指由两层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式(包括AB堆垛,AA堆垛,AA‘堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。
石墨烯少层石墨烯
少层石墨烯(Few-layer):指由3-10层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛,ABA堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。
石墨烯多层石墨烯
多层石墨烯又叫厚层石墨烯(multi-layer graphene):指厚度在10层以上10nm以下苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛,ABA堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。
物理性质
强度与柔韧性
抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa,杨氏模量约为42N/m2,面积为1m2的石墨烯层片可承受4 kg的质量,其强度约为普通钢的100倍,用石墨烯制成的包装袋,可以承受大约2吨的重量,是目前已知的强度最大的材料。
柔性显示屏
导电导热性
石墨烯最重要的性质之一就是它独特的载流子特性和无质量的狄拉克费米子属性。其电子迁移率可达到2×105cm2/V·s,约为硅中电子迁移率的140倍,砷化镓的20倍,温度稳定性高,电导率可达108Ω/ m,面电阻约为31Ω/sq(310Ω/m2),比铜或银更低,是室温下导电最好的材料。比表面积大(2630m2/g),热导率(室温下是5000W·m-1·K-1)是硅的36倍,砷化镓的20倍,是铜(室温下401W·m·K)的十倍多。极高的强度与柔韧性,室温下最好的导电导热性使得石墨烯成为ITO(氧化铟锡)的理想替代材料,并在柔性导电薄膜材料方面有重要应用。
导热系数实验值
电阻系数和温度系数
也就是因为它的热传导率高,新风系统中的热回收配件可以用它来替代了。那些样本中标注的热回率高达70%以上的数据可以成为现实了。
石墨烯在中国
中国在石墨烯研究上也具有独特的优势,从生产角度看,作为石墨烯生产原料的石墨,在我国储能丰富,价格低廉。另外,批量化生产和大尺寸生产是阻碍石墨烯大规模商用的最主要因素。而我国最新的研究成果已成功突破这两大难题,制造成本已从5000元/克降至3元/克,解决了这种材料的量产难题。利用化学气相沉积法成功制造出了国内首片15英寸的单层石墨烯,并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上,制备出了7英寸石墨烯触摸屏。
中国石墨烯产业技术创新战略联盟率领贝特瑞、正泰集团、常州第六元素、亿阳集团等四家上市公司的代表参加了西班牙的石墨烯会议,并分别与意大利、瑞典代表团签订了深度战略合作协议,为“石墨烯全球并购,中国整合”战略打响了第一枪。此外,3月初全球首批3万部量产石墨烯手机在重庆发布,开启了石墨烯产业化应用的新时代。石墨烯入选“十三五”新材料规划已经基本落定,预计2015年将成为中国石墨烯产业爆发元年。
2014年3月20日,中国科学院山西煤炭化学研究所陈成猛课题组与清华大学和中科院金属研究所相关团队合作,成功研制出高导热石墨烯/炭纤维柔性复合薄膜。
2014年11月26日,中国科学技术大学吴恒安教授、王奉超特任副研究员与安德烈-海姆教授课题组及荷兰内梅亨大学研究人员合作,在石墨烯等类膜材料输运特性研究方面首次发现,石墨烯可以作为良好的“质子传导膜”。
2015年03月02日,全球首批3万部石墨烯手机在渝发布,其核心技术由中国科学院重庆绿色智能技术研究院和中国科学院宁波材料技术与工程研究所开发。
2015年5月,南开大学化学学院周震教授课题组发现一种可呼吸二氧化碳电池。
2015年6月,南开大学化学学院陈永胜教授和物理学院田建国教授的联合科研团队通过3年的研究,获得了一种特殊的石墨烯材料。该材料可在包括太阳光在内的各种光源照射下驱动飞行,其获得的驱动力是传统光压的千倍以上。
2016年4月27日全球首款石墨烯电子纸在广州宣布成功研发问世,这一技术将电子纸的性能提升到一个新的高度,也为石墨烯的产业化开创了一个全新的空间,标志着我国在石墨烯应用上已经走在了世界的前沿。
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