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探秘石墨烯的神奇排列密码,凭借什么成为新材料之王?

发布时间:2020-06-09 13:15:30  |  来源:中国网科学  |  作者:晓梅  |  责任编辑:科学频道

我们知道,大自然中有很多蜂窝结构的物体。

由于人们总习惯于站在人类的高度去俯瞰动物的世界,以为人类的智慧代表着大自然。然而我们却总被大自然所蕴藏的神奇所叹服。比如蜂巢,当科学家第一次发现这种六边形结构的奥妙之处时,才发现蜜蜂们的建筑才能仿佛是上帝赋予的。

研究发现,这种正六角形的建筑结构,在最节省原料的前提下,让蜂巢的容积实现了最大化,以容纳更多蜜蜂。这种等六边形连接的结构形式,同时密合度最高,原料等量而均匀,不仅精巧神奇,而且是一种最经济的空间架构。

这种神奇的结构,可不仅仅存在于动物们的建筑中。它还存在于大自然很多的神秘领域,

比如当你在水面上的气泡,还有昆虫的复眼。当然,还有一种蜂巢结构,塔即不存在于建筑中,也不存在于动物身上,而是存在于自然界的矿物质碳元素中,它就是被称为21世纪“未来材料”的石墨烯。

石墨烯就是这样一种由碳原子构成的单层片状的蜂巢结构,而石墨烯也是目前世界上已知材料中最轻、最薄、硬度最高、韧性最强的新型纳米材料。

此外,石墨烯材料具有超强导电性、超高导热系数,几乎完全透明等物理化学性能。

也正因为此,石墨烯的发现者获得了2010年的诺贝尔物理学奖。

2009年,冯冠平先生引进海外石墨烯华人专家团队,并以种子基金投资孵化20多家石墨烯企业,石墨烯产业链迅速在国内落地发展,技术逐渐领先世界。

那么究竟石墨烯,凭借什么能将自己打造出这些逆天属性,从而成为新材料之王呢?

前面讲到蜂巢,由于这种结构,密合度最高,最节省材料,而且让空间最大化。由浅入深,同样的道理。

由于用材料最少,且高度密合,所以石墨烯轻薄,仅0.335纳米;

由于等六边形彼此连接,电子移动快,所以导热、导电均匀,金属银还高10倍。发热快,耗损低;

由于整个材料都是稳定的六边形结构,所以石墨烯材料柔韧性强,硬度高,是钢的100倍……

这是简单的根据蜜蜂巢的性能来同理化推导石墨烯的性能优势原因所在。那么更为科学的解释是什么呢?

在石墨烯中,电子能够极为高效地迁移,作为二维材料,它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。而石墨烯电子之间充分搭接,减少了界面热阻。其导热性能不仅而且均匀。

得知石墨烯这些特殊技能,就到了运用的时候了。可是石墨烯是非常轻薄的,300万层石墨烯厚度也仅为1毫米。如何将石墨烯这种性能应用起来,实现规范化量产,是在石墨烯诞生之初行业面临的一个难题。

如果说安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫先生发现了石墨烯,实现了材料学的历史性革命创举,吹响了新材料诞生的号角,那么烯旺科技的“纯石墨烯发热膜”则是石墨烯新材料应用领域率先扛旗前进的人。

图为烯旺科技纯石墨烯发热膜

2015年,烯旺科技在石墨烯奠基人冯冠平先生的带领下,率先发明了石墨烯行业的核心专利技术——石墨烯发热膜,从此开辟了石墨烯走上发热应用和智能穿戴领域的先河,为我国石墨烯行业的应用化发展奠定了基础。

石墨烯发热膜,厚度仅为0.25毫米让纳米级厚度的石墨烯这种优越的蜂窝结构,不再松散难以制备和掌控,而是实现了模块化,固态化,让石墨烯的性能得以应用到民用产品上,走进千万百姓家。

神奇的蜂窝结构,已被现代建筑界不断模仿借鉴;神奇的石墨烯材料,也正逐渐走向更多民用领域,石墨烯智能穿戴、石墨烯医疗、石墨烯美容、无水汗蒸能量房……

据悉,基于石墨烯柔性器件即烯旺科技的纯石墨烯发热膜对于肿瘤的无创石墨烯温热疗法,已经取得重大突破并于美国前沿医疗杂志《Advanced Therapeutics》期刊,并作为当期封面形式发表。

未来石墨烯材料的应用潜力巨大,必须抓住机遇,掌握核心技术,加快研发进程,让石墨烯材料为推动科技发展而努力!