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最火新型材料“石墨烯” 究竟能做什么?

2015-04-08

      說起新型材料,當屬石墨烯最火。冠在石墨烯頭上各種“最”字打頭的名號讓人驚訝不已,柔韌性最好、強度最高、已知的最薄、透明度最高、導熱性最好等等……真的有這么神奇嗎?石墨烯到底是什么材料,在軍事上有何應用?看完本文你就懂了。

  石墨烯是什么?

  提到石墨,大多數(shù)人都很熟悉。物理學上解釋稱,石墨是由碳元素組成的一種層狀結構的材料,每一層都是由無數(shù)碳原子排列成緊密的蜂窩狀六邊形平面網(wǎng)絡組成,層與層之間的作用力較弱,因此很容易剝離開來,形成很薄的石墨片。石墨烯就是指被層層剝離后,剩下的單層(一層)石墨片,其厚度只有一個碳原子的大小,大約是0.34納米,被歸為一種納米材料。

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  過去很長時間內,科學家一直認為,石墨烯只是一種物理假設,因為它無法在有限溫度下穩(wěn)定存在。直至2004年,兩位英國科學家通過簡單的“機械剝離法”,在實驗室內用膠帶從石墨表面生生“撕”出石墨烯后,才證實了它可以單獨存在,同時也得到石墨烯的制備方法。他們所用的石墨烯制備方法再簡單不過了:先從石墨中剝離出非常薄的石墨片,將其兩面分別粘在一種特殊的膠帶上,手工撕開膠帶后將其一分為二,隨后不斷地這樣重復操作,石墨片會越來越薄,最后僅剩由一層碳原子構成的薄片,石墨烯也就制備出來了。

  石墨烯的特性

  就是這樣用膠帶“撕”出來的石墨烯,給這兩位英國科學家?guī)砹酥Z貝爾獎,同時也在全球科學界掀起了石墨烯的研究熱潮??蒲邪l(fā)現(xiàn),石墨烯的這種單原子結構,使其具備了許多非同一般的神奇特性。

  首先,非常薄。石墨烯是目前已知最薄的納米材料。有多???1毫米厚的的石墨薄片,能剝離出多達300萬塊石墨烯。

  其次,透明度高,光敏感性好。石墨烯對紅外光、可見光、紫外光的透光率均達97.7%;其透光性在較寬的波長范圍內都很好,被其吸收的光還能迅速轉化為其他波長的光。

  第三,密閉性好。不透氣、也不透水,對強堿、強酸等腐蝕性溶液有很強的抵御能力;能有效抑制細菌的生長。

  第四,強度高。石墨烯的強度是鉆石強度的2倍、鋼材的200倍,是已知硬度最高的材料。有人這樣打比方:將與食品保鮮膜薄厚一樣的石墨烯制品蓋在一只杯子上,想用鉛筆頭戳破它,得一頭大象站在鉛筆上才行。

  第五,韌性非常好。石墨烯是已知的最柔韌的材料,且抗壓力非常高。普通的石墨烯包裝袋可提起一輛2噸重的汽車。

  第六,電阻率低,是已知的導電性最好的材料,被稱為超強導體;它還是已知的最優(yōu)良的導熱體。此外,石墨烯的敏感性高,即使是微小的氣體分子吸附或釋放,都可以通過石墨烯上微小的電阻變化來檢測到。

石墨烯都能干什么?

  石墨烯諸多非同尋常的特性,使得它在國防軍事上有著難以估量的應用前景。

  1.利用石墨烯超薄超輕,抗壓力強的特性,石墨烯廣泛用于戰(zhàn)機、航天器等裝備上,也用于防彈衣、裝甲車輛的新材料中,減輕重量的同時能提高防護能力。它還可以制成特殊涂料,用于軍艦的艦體防護上,抵御海浪沖擊以及水氣、鹽霧等侵蝕,大幅提高武器裝備的抗腐蝕能力。

  2.利用石墨烯的透光性好,對環(huán)境敏感度高的特性,制成的高效光傳感器,用于紅外夜視儀和紅外熱像儀等光電探測裝備中;也可以生產導彈用的非冷卻紅外導引頭,提高導彈的精度和毀傷目標的能力。

  3.利用石墨烯的導電性和導熱性能,代替硅、鍺等材料,制成電容、晶體管、集成電路,成為新一代電子元件,用于超級計算機、雷達、通信設備等未來新型軍用電子裝備上;此外,還可以用來制作武器裝備上的大容量電池太陽能設備,大大提升武器裝備的性能,減少對燃油的依賴。

  4.利用石墨烯高抗壓性和柔韌性能,用它來制作裝備上的儀表盤、屏幕面板,尤其是柔性屏幕,不僅清晰度高、安全性好、而且重量輕、便于折疊與攜帶;此外,石墨烯應用在通信與導航用戶機、單兵偵察器材、可穿戴裝備上優(yōu)勢明顯。

  5.石墨烯良好的密閉性,不透氣透水,且能抑制細菌滋生,可用于制作戰(zhàn)地醫(yī)療物品、軍用食品包裝袋等。

  結束語

  石墨烯的問世不過短短的十余年光景,但其獨特的二維晶體結構和優(yōu)異的物理、化學特性,使它迅速成為眾多領域的研究熱點,并在國防和軍事等領域扮演重要角色。雖然如此,石墨烯的進一步更廣闊的的利用仍面臨很多問題需要解決。但正如石墨烯的發(fā)現(xiàn)者所言,石墨烯“前途是光明的、道路是曲折的”。未來石墨烯的很多應用將被繼續(xù)發(fā)現(xiàn),成為真正的“萬能”材料,必將對國防和軍事領域產生重大影響。


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