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追尋石墨烯足跡：石墨烯離我們并不遠(yuǎn)
2021年07月21日 14:56:32
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：6686
提起石墨烯，很多人覺得很陌生，認(rèn)為這種新型材料遠(yuǎn)在科技前端，與我們并無多大關(guān)系。其實(shí)不然，石墨烯早已經(jīng)融入到醫(yī)學(xué)、居家、通信、環(huán)境等各個(gè)領(lǐng)域中，與我們的日常生活息息相關(guān)。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】石墨烯，一種以sp²雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料，自從2004年被發(fā)現(xiàn)后，它所體現(xiàn)的出來的特性已經(jīng)超越很多現(xiàn)有的產(chǎn)品，其強(qiáng)悍的材料特性已經(jīng)被科學(xué)界賦予厚望。
石墨烯的性能
石墨烯是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最硬的材料，被稱為“黑金”，因其在導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、厚度、柔軟度等性能上都具有優(yōu)勢，因此被認(rèn)為是一種未來革命性的材料。石墨烯導(dǎo)熱性較高，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定讓它幾乎是完全透明的，只能吸收到2.4%的光。采用石墨烯材料制成的導(dǎo)熱膜片可以實(shí)現(xiàn)電池與環(huán)境間的有效散熱。相對于傳統(tǒng)的石墨片導(dǎo)熱更快，可折疊性更好。
導(dǎo)電性強(qiáng)是石墨烯的又一優(yōu)點(diǎn)，在常溫的情況下，石墨烯的電子遷移率超過15000cm2/V·s。遠(yuǎn)高于納米碳管和矽晶體，而且電阻只有10-6Ω-cm,比銅或者銀更低。石墨烯雖然很薄，但是比橡膠柔軟。石墨烯的發(fā)現(xiàn)者，2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者安德烈海姆曾講過，石墨的材料特性決定其可以被無限拉伸，同時(shí)彎曲到很大的角度也不會斷裂。
石墨烯在生活中的應(yīng)用
提起石墨烯，很多人覺得很陌生，認(rèn)為這種新型材料遠(yuǎn)在科技前端，與我們并無多大關(guān)系。其實(shí)不然，石墨烯早已經(jīng)融入到醫(yī)學(xué)、居家、通信、環(huán)境等各個(gè)領(lǐng)域中，與我們的日常生活息息相關(guān)。
抗菌口罩：對抗新冠病毒
由于新冠疫情的肆虐，各行各業(yè)的發(fā)展都有意無意的向抗疫傾斜，世界各地的研究人員和公司開始與新冠疫情抗?fàn)?，許多人正在重新審視石墨烯，將其作為具有贏得這場斗爭的重要材料。疫情期間新推出的石墨烯的抗菌口罩有三層組成：兩層棉，中間為特殊的石墨烯織物混合物，關(guān)鍵的中間層可以增強(qiáng)對COVID-19和其他危險(xiǎn)空氣傳播病毒的防護(hù)。
取暖設(shè)備：對抗寒冷冬日
石墨烯材料擁有較強(qiáng)的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，熱轉(zhuǎn)化率高，可實(shí)現(xiàn)即用即熱的快速升溫體驗(yàn)，也是理想的電暖發(fā)熱材料。美的已經(jīng)將石墨烯取暖應(yīng)用于美的取暖地毯、抱枕等多個(gè)產(chǎn)品中，依靠石墨烯發(fā)熱內(nèi)芯的石墨烯地暖設(shè)備，也擁有著很好的取暖效果。另外石墨烯地毯也具有加熱快速、節(jié)能省電的優(yōu)點(diǎn)。以美的石墨烯熱毯為例，相比傳統(tǒng)電熱毯，擁有石墨烯涂層加持的美的熱毯導(dǎo)熱更快，3秒就能加熱，可以迅速將熱量傳到人體身上，24V的低電壓耗電也更少。
鋰電池：提升充電能力
基于石墨烯的各項(xiàng)特殊理化性質(zhì)，石墨烯在電極材料研究領(lǐng)域開發(fā)潛力巨大，目前較為常見的鋰離子電池正極材料多為磷酸鐵鋰材料，但其電導(dǎo)率差、鋰離子遷移率較低。若將磷酸鐵鋰材料與石墨烯復(fù)合，可以改善其導(dǎo)電能力，提高充電性能。
例如小米10就是運(yùn)用石墨烯材料提升電池的充電能力。石墨烯在鋰離子電池正極材料上應(yīng)用具有較大的收益，特別是其二維片層結(jié)構(gòu)可以和活性物質(zhì)實(shí)現(xiàn) “面接觸”，能夠構(gòu)筑整個(gè)電極上的 “長程導(dǎo)電”。同時(shí)石墨烯電子高度離域，形成較好的能帶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電率高達(dá) >103S/m。相比之下，傳統(tǒng)導(dǎo)電碳黑僅能實(shí)現(xiàn) “點(diǎn)接觸”，需要較大的含量才可形成電子的連續(xù)傳輸。因此石墨烯具有較低的導(dǎo)電閾值，使用較少量即可降低電池的歐姆阻抗。
可穿戴設(shè)備：實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療
石墨烯良好的導(dǎo)電性和柔軟度使其成為可穿戴設(shè)備市場的優(yōu)先選擇。石墨烯導(dǎo)電油墨可以廉價(jià)地大量生產(chǎn)，并可以打印到各種材料中，包括衣服和紙張。在醫(yī)院里，患者在胳膊上佩戴一個(gè)打印的石墨烯RFID標(biāo)簽，可以感應(yīng)到患者的體溫和心率，并將數(shù)據(jù)傳送到讀取器。醫(yī)護(hù)人員可以無線監(jiān)測患者的身體狀況，簡化了病人護(hù)理的程序。
在養(yǎng)老院，石墨烯傳感器可以放到老年人的衣服里。這些傳感器可以感測并收集老年人的健康狀況并將數(shù)據(jù)送到監(jiān)測訪問點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療護(hù)理，提高生活質(zhì)量。
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