大家都知道，石墨烯墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。而且作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀”。下面，小編特意為大家整理了2015年上半年使用石墨烯這種“神奇材料”轉(zhuǎn)化成的科技成果，讓我們一切看看“神奇材料”到底神奇在什么地方?

　　①科學(xué)家成功使用石墨烯3D打印出指定結(jié)構(gòu)

　　來自倫敦帝國學(xué)院材料系的一個研究團隊，由多名教授組成，并聯(lián)合來自Warwick大學(xué)、Bath大學(xué)和deSantiagode  Compostela大學(xué)的團隊，找到了一種3D打印石墨烯的方法。

　　他們開發(fā)的這種技術(shù)主要基于FDM 3D打印。這里需要說明的是，要制造石墨烯對象需要精準地復(fù)制出石墨烯六邊形圖案。為了做到這一點，倫敦帝國學(xué)院的團隊開發(fā)出了一種“FDM線材”，這種線材含有混合了響應(yīng)型聚合物(可誘導(dǎo)觸發(fā)某種行為的聚合物)的石墨烯薄片。在這種情況下，石墨烯薄片的化學(xué)屬性發(fā)生了一定的變化，使其具有了適當?shù)恼硰椥裕⒛芘c上下層石墨烯薄片結(jié)合在一起。

　　最初，研究團隊的目標是3D打印完整的石墨烯結(jié)構(gòu)，而非復(fù)合材料。這在一個水基體系里似乎是能夠?qū)崿F(xiàn)的。但該項研究的負責人EstherGarcía-Tu onBlanca解釋說，這實際上是不可能的?！笆┦欠浅Ｊ杷模虼瞬豢赡苤苯优渲频剿湍?。研究人員因此使用了一種經(jīng)過化學(xué)改性的石墨烯——也被稱為石墨烯氧化物(GO)——來代替。GO可在水中進行處理，并建立所需的結(jié)構(gòu)?！?/p>

　?、诳蒲腥藛T利用石墨烯使得電子皮膚研究取得系列進展

　　科院物理所科研人員最近在石墨烯電子皮膚研究中取得系列進展，相關(guān)成果發(fā)表于《美國化學(xué)會·納米》等雜志。

　　完美石墨烯是半金屬或者說是零帶隙半導(dǎo)體，在面內(nèi)具有極高的機械強度。這使其應(yīng)用于應(yīng)力傳感器件時主要面臨兩方面困難：一是應(yīng)力測量范圍不大;二是測量精度不夠高。

　　為此，中科院物理所博士生趙靜等在導(dǎo)師時東霞、張廣宇的指導(dǎo)下，提出了一種石墨烯波紋結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器，使應(yīng)力測量范圍超過30%;設(shè)計了一種基于隧穿效應(yīng)的納米石墨烯薄膜應(yīng)力傳感器，使靈敏因子提高到500以上。

　　據(jù)了解，所生長的石墨烯不但具有納米尺寸，而且具備準連續(xù)的特點。這種準連續(xù)的納米石墨烯薄膜還可轉(zhuǎn)移到柔性襯底上，制作柔性、透明的高靈敏度應(yīng)力傳感器，進而應(yīng)用于人造電子皮膚等領(lǐng)域。同時，這種柔性的應(yīng)力傳感器具有良好的穩(wěn)定性，在經(jīng)過大于萬次的壓力測試后，其初始電阻沒有明顯變化。此外，這種石墨烯電子皮膚由于厚度小，可被黏在手指上檢測關(guān)節(jié)活動。

　?、凼┗娙萜魇状螒?yīng)用電動自行車

　　“原來充電需要10個小時的電動自行車，現(xiàn)在僅需要3~5分鐘就可以充滿電?！苯?，依托中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所建設(shè)的青島儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院采用石墨烯基復(fù)合電極材料路線，開發(fā)出容量可控的鋰離子電容器器件。以石墨烯基復(fù)合材料制備而成的鋰離子電容器首次在電動自行車示范應(yīng)用。

　　“城際軌道1~2千米內(nèi)，新型電容器可滿足近距離運行，在乘客上下車的時候?qū)崿F(xiàn)快速充電?！鼻鄭u儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院副研究員韓鵬獻告訴記者，在啟動時，可以瞬間加速，在制動時，可以將能量加以回收儲存。大功率快速充放電是新型電容器的優(yōu)勢之一。

　　據(jù)韓鵬獻介紹，鋰離子電容器作為經(jīng)濟型環(huán)保電動車電源，在需要大功率充放電場合，如高速鐵路、城際軌道交通中的啟動電源、制動能量回收系統(tǒng)領(lǐng)域;在惡劣條件下，如極端寒冷條件時，作為電動汽車、坦克車、軍用運輸車的冷啟動電源，可以發(fā)揮出鉛酸電池及鋰離子電池無法與其比擬的快速充放電優(yōu)勢;在特殊場合下，可作為快速能量補給裝置，突顯其獨特作用。

　?、苣侠砉び檬┛车鬖ED燈高成本

　　南京理工大學(xué)近日發(fā)布，該校取得新型二維半導(dǎo)體研究進展，有望制造出新型材料，大大降低LED燈生產(chǎn)成本。市面上能買到的LED燈，售價高于普通燈數(shù)十倍，使LED燈無法走入百姓家。南理工納米光電材料研究所曾海波所長介紹，取材普遍、成本低廉的石墨烯等新材料非常適合用于制造包括LED在內(nèi)的信息、能源器件。然而，這些材料的金屬、半金屬屬性成了其致命缺點。如何改變這些材料的屬性成了材料學(xué)界難以攻克的瓶頸。

　　“制造LED只是這種新材料應(yīng)用的一個方面，”曾海波介紹，該材料還可以取代硅，應(yīng)用到計算機、手機芯片的制造上，“一旦應(yīng)用，谷歌眼鏡、智能健康手環(huán)等可穿戴電子設(shè)備不僅性能會突飛猛進，而且會更輕薄小巧，價格更親民。”

　?、菔┠蛴〕錾漕l天線

　　研究人員發(fā)現(xiàn)了一個不需黏合劑就可增加石墨烯墨水導(dǎo)電性的方法。他們首先進行打印，然后干燥墨水，接下來用滾筒壓制，就像用壓路機反復(fù)碾壓新鋪的路面那樣。

　　實驗結(jié)果顯示，壓縮墨水的導(dǎo)電率提高了50倍，石墨烯層壓板也比以往摻了黏合劑的石墨烯墨水導(dǎo)電快兩倍。研究人員稱：“高導(dǎo)電性讓無線射頻輻射更有效率，這是試驗中最令人興奮的方面。”在紙和塑料等廉價靈活的材料上印刷電子技術(shù)，意味著rfid標簽等無線技術(shù)更加無處不在，從一頭牛到一個汽車零件，隨處都可應(yīng)用。

　　目前，大多數(shù)商用rfid標簽由金屬鋁和銅組成，材料昂貴、制作過程復(fù)雜，而基于石墨烯的rfid標簽?zāi)軌虼蠓冉档筒牧铣杀?。該研究團隊已經(jīng)開始計劃開發(fā)石墨烯rfid標簽，以及傳感器和可穿戴電子產(chǎn)品了。

　　⑥科學(xué)家欲用石墨烯打造“人造肌肉”

　　在最近發(fā)表在《ACS Nano》雜志的一篇論文中，來自KAIST的研究團隊采用一種性價比很高的石墨烯材料——疏水性激光蝕刻低氧化石墨烯紙(HLrGOP)來解決這個問題。而這種材料最近被用于超級電容(supercapacitors)的制作。通過降低相關(guān)的石墨氧化物成分，能夠獲得較為純凈的石墨烯，這種高純的石墨烯材料也被用于3D全息顯示方面。

　　盡管如此，在人造肌肉應(yīng)用中，主要開始考慮利用材料的疏水性。這種疏水性的石墨烯電極表面十分光滑，內(nèi)部也比較硬，這就能防止電極產(chǎn)生裂紋，內(nèi)部也有利于離子的傳輸。

　　在實驗中，采用這種材料的人工肌肉具有更好的耐用性，損壞也更慢。實驗結(jié)果令人鼓舞，不過他們稱相關(guān)的改進工作還有很多。在韓科院設(shè)計的一個仿生機器人中，他們將使用這種新的人工肌肉。計劃這個機器人將是一部能夠在水中行走的水馬(waterstrider)或者是相關(guān)水黽科的昆蟲。

　　⑦石墨烯燈絲打造最薄燈泡

　　日前，一個由美國哥倫比亞大學(xué)、韓國首爾國立大學(xué)和韓國標準科學(xué)研究院研究人員組成的國際團隊首次展示了用只有一個碳原子厚度的石墨烯作為燈絲的芯片上可見光源：細條狀石墨烯燈絲與金屬電極相連，懸掛在基底上方，當電流通過時燈絲就會受熱發(fā)光。

　　通過測量石墨烯發(fā)出的光的光譜，研究人員發(fā)現(xiàn)石墨烯的溫度達到2500攝氏度以上，足以明亮發(fā)光。論文第一作者、哥倫比亞大學(xué)機械工程系博士后研究員金永德(音譯)解釋說：“原子厚度的石墨烯發(fā)出的可見光線如此強烈，無需額外放大，肉眼便能看見?！?/p>

　　石墨烯達到如此高的溫度而不熔化基板或金屬電極，是因為其具有一個有趣特性：當受熱時，石墨烯會變成熱的不良導(dǎo)體。這意味著高溫被局限在了中心的一個小“熱點”上。

　　該團隊還通過制成大規(guī)?；瘜W(xué)氣相沉積(CVD)石墨烯發(fā)光器陣列，展示了這項技術(shù)的可擴展性。

　　研究團隊目前正在進一步探究這種裝置的性能，比如其開關(guān)的速度要多快才能創(chuàng)建光通信的比特位，同時也在開發(fā)將它們集成到柔性基板上的技術(shù)。

　　⑧新型石墨烯材料讓“光動”飛行成為可能

　　南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授和物理學(xué)院田建國教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊經(jīng)過研究，獲得了一種特殊的石墨烯材料，可在包括太陽光在內(nèi)的各種光源照射下驅(qū)動飛行，或?qū)⒆尅肮鈩印憋w行成為可能。

　　目前，幾乎所有的航空、航天飛行均采用化學(xué)驅(qū)動，即通過噴射燃燒的化學(xué)物質(zhì)來獲得驅(qū)動力，光直接驅(qū)動飛行是科學(xué)界和航空界多年的夢想。陳永勝教授等專家研制出的這種石墨烯材料，可以在包括太陽光在內(nèi)的各種光源照射下有效驅(qū)動飛行，這是迄今為止科學(xué)界第一次用光推動一個宏觀物體并實現(xiàn)宏觀的驅(qū)動。通過定量測量，這種石墨烯材料在光照條件下產(chǎn)生的力是傳統(tǒng)光壓的千倍以上。500公斤的負載，如果利用基于這種石墨烯材料制備的驅(qū)動帆板，理論上獲得的驅(qū)動力至少能使其達到0。09米每秒的加速度。

　　⑨石墨烯應(yīng)用可作為太空動力來源

　　中國在石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域探索中獲得重大發(fā)現(xiàn)：石墨烯在光作用下的運動現(xiàn)象，這一發(fā)現(xiàn)可作為新的太空動力來源，作為一種新的發(fā)電裝置都成為了可能。經(jīng)過反復(fù)實驗與論證，北京碳世紀科技有限公司(以下簡稱碳世紀)展現(xiàn)了這項重大應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，并成功研制了該項裝置，充分展示了石墨烯材料的“光懸浮”現(xiàn)象。

　　石墨烯材料可將光能直接轉(zhuǎn)化為動能，這標志著石墨烯材料將成為一種新的動力來源，這種動力源將遠高于光壓現(xiàn)象所產(chǎn)生的動力源。可為星際探索、衛(wèi)星變軌等提供無盡的動力。相關(guān)專家表示，這項重大發(fā)現(xiàn)是由中國人首次發(fā)現(xiàn)，這將為人類探索未知世界開啟又一扇大門。

　　發(fā)現(xiàn)這項重大應(yīng)用后，碳世紀迅速啟動了該項發(fā)現(xiàn)的演示裝置的研制，經(jīng)過了近千次的反復(fù)實驗、論證，現(xiàn)有的應(yīng)用裝置已能夠全景展現(xiàn)石墨烯材料的“光懸浮”現(xiàn)象。

　　因在石墨烯方面的開創(chuàng)性試驗而獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎的安德烈·海姆教授在2000年曾展示了利用磁性使青蛙克服重力實現(xiàn)懸浮的視頻。而今天，碳世紀使用光束將石墨烯材料懸浮起來并展現(xiàn)在世人的面前。

　　⑩無需3D眼鏡，用石墨烯制作出3D全息顯示屏

　　自從1977年“救我，歐比王，你是我唯一的希望”的星球大戰(zhàn)上映以后，我們就已經(jīng)開始夢想有一臺3D全息顯示屏。不過，要掌握這項技術(shù)并不容易。我們已經(jīng)看過有很多嘗試做近似3D顯示屏的例子，像全方位2D可見圖像，但目前科技界仍未完全制造出真正的3D。

　　一項來自澳大利亞的大學(xué)的新成就可能是最接近3D的了，通用碳基石墨烯是其關(guān)鍵?！半m然還有工作要完成，但3D影像的前景似乎是跳出屏幕……而且無需繁瑣笨重的配件，例如3D眼鏡。”格里菲斯大學(xué)工程學(xué)院的QinLi說到，他是管理該研究的碳結(jié)構(gòu)分析的人員。這款碳基顯示屏由來自格里菲斯大學(xué)以及斯維本科技大學(xué)的研究團隊開發(fā)，基于DennisGabor的全息法，而Gabor還因此法在1971年獲得諾貝爾物理獎。

　　該團隊打造了高分辨率3D全息顯示屏，視角寬達52度，其建造基礎(chǔ)是由折射光線的小像素組成的數(shù)字全息屏幕。

　　隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，石墨烯這種材料已經(jīng)開始被廣泛地應(yīng)用于人類的生產(chǎn)生活。由于石墨烯的特殊作用，未來將會更加大放光彩。我國石墨烯研究目前處于世界領(lǐng)先水平，并且在一步步將石墨烯材料應(yīng)用于為人類服務(wù)的偉大事業(yè)進程中。