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石墨烯-人類最偉大的黑暗科技

文章出處:原創(chuàng)網(wǎng)責(zé)任編輯:劉坤尚作者:劉坤尚人氣:-發(fā)表時間:2015-11-16 16:34:00【

  什么是石墨烯?為什么當(dāng)它的時代到來,會為中東產(chǎn)油國帶來巨大的經(jīng)濟(jì)災(zāi)難,甚至可能破產(chǎn)?石墨烯可能將取代硅,為世界電子科技開創(chuàng)一個嶄新的時代!
  石墨烯手機(jī)充電時間只需5秒,電池就滿檔,可以連續(xù)使用半個月!
  石墨烯電池只需充電10分鐘,環(huán)保節(jié)能汽車就有可能行駛1000公里!
  科學(xué)家確認(rèn),石墨烯未來將取代煤炭與石油天然氣,成為提供人類生活所需大多數(shù)發(fā)電能源的來源!中國國家主席習(xí)近平最近訪問英國,也特別安排到曼徹斯 特大學(xué)參觀世界最先進(jìn)的石墨烯研究院。習(xí)近平主席聽取了諾貝爾物理學(xué)獎獲得者諾沃肖洛夫教授介紹石墨烯研究情況,參觀了石墨烯產(chǎn)品展示和生產(chǎn)石墨烯的地下超凈實驗室。
  習(xí)近平肯定曼徹斯特大學(xué)國家石墨烯研究院在石墨烯領(lǐng)域的研究實力和國際影響力。習(xí)近平指出,在當(dāng)前新一輪產(chǎn)業(yè)升級和科技革命大背景下,新材料產(chǎn)業(yè)必 將成為 未來高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石和先導(dǎo),對全球經(jīng)濟(jì)、科技、環(huán)境等各個領(lǐng)域發(fā)展產(chǎn)生深刻影響。中國是石墨資源大國,也是石墨烯研究和應(yīng)用開發(fā)最活躍的國家之 一。中英在石墨烯研究領(lǐng)域完全可以實現(xiàn)「強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合」。相信雙方交流合作將推動相關(guān)研究和開發(fā)進(jìn)程,令雙方受益。
習(xí)近平主席的談話,說明中國非常重視石墨烯科技工藝的研發(fā),對石墨烯未來全面取代石油和天然氣資源的前景充滿信心。
  石墨烯是世界上最薄、最硬的材料,于2004年問世,發(fā)現(xiàn)石墨烯的英國曼徹斯特大學(xué)諾沃肖洛夫教授憑著這一重大發(fā)現(xiàn)而于2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎!
  這標(biāo)志著不久的將來,所有依靠生產(chǎn)石油賺取收入的國家將面臨經(jīng)濟(jì)大災(zāi)難,石油將無人問津,油價將跌落谷底,中東許多產(chǎn)油國將有可能排隊破產(chǎn)!
  能想象手機(jī)不必攜帶行動電源,只要出門前充電5秒,電量就可以使用長達(dá)半個月嗎?這樣的技術(shù)在石墨烯的幫助下未來將可以實現(xiàn)。目前全球已有超過200個機(jī)構(gòu)和1000多名研究人員從事石墨烯研發(fā),然而中國在石墨烯研發(fā)上,目前已申請超過2200項專利,占世界的3分之1。
  科研發(fā)展的未來,將會出現(xiàn)以石墨烯電池發(fā)電的環(huán)保汽車,勢必為世界汽車工業(yè)帶來巨大的革命轉(zhuǎn)變。屆時石油的需求量將大幅降低,中東及東南亞依靠石油生存的產(chǎn)油國將面臨災(zāi)難性的經(jīng)濟(jì)打擊!
  華為創(chuàng)始人任正非在一次媒體采訪時說,未來10~20年內(nèi)會爆發(fā)一場技術(shù)革命顛覆時代,石墨烯時代將取代硅時代,使得石墨烯知名度大增。在華為2014年年報中,華為在行業(yè)趨勢展望再一次提及石墨烯在材料領(lǐng)域的價值。
  西班牙Graphenano公司(一家以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的公司)也與西班牙科爾瓦多大學(xué)合作研究出了首例石墨烯聚合材料電池,其儲電量是目前市 場最好產(chǎn)品的三倍,用此電池提供電力的電動車最多能行駛1000公里,而其充電時間不到10分鐘。不過,這項消息還有待官方證實。
  Graphenano公司計劃于2015年將此電池投入生產(chǎn),并且計劃與德國四大汽車公司中的兩家(現(xiàn)在還不方便透露公司名稱)將在本月和電動汽車進(jìn)行試驗。
  這種石墨烯聚合材料電池的使用壽命較長,是傳統(tǒng)氫化電池的四倍,鋰電池的兩倍。且因石墨烯的特性,此電池的重量僅為傳統(tǒng)電池的一半,使得裝載該電池的汽車更加輕量化,進(jìn)而提高汽車燃油效率。
  雖然此電池具有各種優(yōu)良的性能,但其成本并不高。Graphenano公司相關(guān)負(fù)責(zé)人稱,此電池的成本將比鋰電池低77%,完全在消費者承受范圍之內(nèi)。此外,在汽車燃料電池等領(lǐng)域,石墨烯還有望帶來革命性進(jìn)步。
  燃料電池是將燃料具有的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置。與其他電池相比,具有能量轉(zhuǎn)化效率高、無環(huán)境污染等優(yōu)點?!纲|(zhì)子傳導(dǎo)薄膜」是燃料電池技朮的核心部分,汽車中的燃料電池使用氧和氫作為燃料,轉(zhuǎn)變輸入的化學(xué)能量成為電流。
  現(xiàn)有的質(zhì)子薄膜上常存在燃料泄漏,降低了電池有效性,但質(zhì)子可以較為容易地「穿越」石墨烯等二維材料,而其他物質(zhì)則很難穿越,從而可以解決燃料滲透的問題,增加電池的有效性。
  石墨烯薄膜可用于提取大氣層中的氫,暗示著該材料結(jié)合燃料電池更容易從空氣中提取氫。麻省理工學(xué)院的Karnik教授在評論中指出這項最新研究證實該在理論上已經(jīng)達(dá)到美國能源部設(shè)定的2020年質(zhì)子交換膜輸運性能目標(biāo)。
  這項突破性研究,為人類認(rèn)知石墨烯等材料特性帶來全新發(fā)現(xiàn),并有望為燃料電池和氫相關(guān)技朮領(lǐng)域帶來革命性的進(jìn)步。
  用于觸控屏幕效果好
  今年3月,中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院和寧波材料技術(shù)與工程研究所開發(fā),采用最新研發(fā)的石墨烯觸控屏幕、電池和導(dǎo)熱膜等新材料,產(chǎn)出全球首批名為影馳SETTLERα(開拓者α)的石墨烯手機(jī),除了屏幕顯示效果更好,在電池續(xù)航力及手機(jī)使用過久發(fā)熱問題有顯著改善。
  臺灣師范大學(xué)化學(xué)系教授洪偉修表示,石墨烯是室溫下導(dǎo)電度最好的材料,過去在外層空間才能發(fā)現(xiàn)這種高速傳導(dǎo)的效應(yīng),國內(nèi)已有學(xué)術(shù)單位研究其應(yīng)用,實 驗將其用在高速晶體管,研發(fā)高階的通訊器材。由于石墨烯實質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體,也被譽(yù)為「萬能科技材料」,可應(yīng)用在太陽能、航天、軍工、屏幕等科 技產(chǎn)業(yè),而且可以幫助電池充放電效率提升,壽命和質(zhì)量也比傳統(tǒng)鋰電池好。
  石墨烯續(xù)航力勝鋰電
  目前傳統(tǒng)鋰電池的缺點是充電時間過長。未來若改用石墨烯,不但可以解決電池續(xù)航力的問題,也不會有傳統(tǒng)鋰電池使用過久的發(fā)熱現(xiàn)象。
  博隆咨詢分析師朱翔表示,石墨烯是相當(dāng)具有前景的科技材料,尚未普遍應(yīng)用主要原因,其一石墨烯目前無法大量生產(chǎn),而且制作成本太高,此前價格曾高達(dá) 每公克5000元人民幣;其二在石墨烯的產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈尚未成熟,而且市場需求量還不高,主要需求以各大科學(xué)研究所和實驗室為主,但國外對石墨烯產(chǎn)業(yè)非常重 視,各大企業(yè)爭相在布局相關(guān)產(chǎn)業(yè),未來發(fā)展仍不可忽視。
  石墨烯到底是什么
  石墨烯(Graphene)是一種二維碳材料,在2004年由英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈.海姆和康斯坦?。Z沃肖洛夫,在實驗中成功從石墨中分離出石墨烯,兩人也因「在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗」為由,共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。
  石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的奈米材料,導(dǎo)熱系數(shù)高,且為世上電阻率最小的材料。被期待可用來發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子組件或晶體管,也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。
  石墨烯是由一層碳原子形成的薄片,由碳原子組成一個個六角形的環(huán),環(huán)環(huán)相連形成蜂窩狀平面。這是目前世上最薄也是最堅硬的納米材料。一層石墨烯的薄度小于一個納米,肉眼看不見也摸不著,20萬片石墨烯加在一起,才有一根頭發(fā)絲那么粗。
  是科技重要,還是資源重要?這個問題似乎沒有標(biāo)準(zhǔn)答案。但是近期發(fā)生的一系列事件,讓“真理的天平”倒向了科技的那一邊。比如頁巖油、頁巖氣以及新能源汽車技術(shù)的進(jìn)步,終結(jié)了石油了黃金時代。
  不過,這僅僅是“石油國家”遭受的第一輪打擊,第二輪更為致命的打擊即將到來——石油的“白銀時代”可能都沒有開始,就結(jié)束了!
  一種新的“黑科技”就是石墨烯技術(shù),現(xiàn)已橫空出世。據(jù)報道,利用石墨烯聚合材料生產(chǎn)出來的汽車電池,有望達(dá)到這樣驚人的效果:只充電幾分鐘,就可以讓汽車連續(xù)開行1000公里。這種技術(shù)在西班牙、韓國等地,都接近于實現(xiàn)突破。
  但這僅僅是石墨烯的神奇應(yīng)用之一。據(jù)稱,石墨烯材料如果取代硅,有望讓計算機(jī)處理器的運行速度快數(shù)百倍;石墨烯有望引發(fā)觸摸屏和顯示器產(chǎn)品的革命,制造出可折疊、伸縮的顯示器件;石墨烯強(qiáng)度超出鋼鐵數(shù)十倍,有望被用于制造超輕型飛機(jī)材料、超堅韌的防彈衣等。
  采用石墨烯技術(shù)可以讓手機(jī)屏幕變得彎曲、折疊(網(wǎng)絡(luò)圖片)
  石墨烯到底是什么東西?它其實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。它是目前自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料。
  美國加州理工學(xué)院的科研人員開發(fā)出一種在室溫下制備石墨烯的全新技術(shù),可應(yīng)用于太陽能電池、發(fā)光二極管、大型顯示屏和各種電子產(chǎn)品。這使得石墨烯的商業(yè)化進(jìn)程又邁出了堅實的一步。
  10月23日,中國國家主席訪問英國期間,參觀曼徹斯特大學(xué)國家石墨烯研究院。正是這所大學(xué)的兩位科學(xué)家,在2004年成功從石墨中分離出石墨烯,兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。在同一天,華為宣布與曼徹斯特大學(xué)合作研究石墨烯的應(yīng)用,共同開發(fā)ICT領(lǐng)域的下一代高性能技術(shù),研究如何將石墨烯領(lǐng)域的突破性成果應(yīng)用于消費電子產(chǎn)品和移動通信設(shè)備。
  這絕對不是華為一項普通的合作項目,因為此前任正非曾聲稱:未來10至20年內(nèi)將爆發(fā)一場技術(shù)革命,即“石墨烯時代顛覆硅時代”。所以,華為跟曼徹斯特大學(xué)的合作,顯然帶有未來的戰(zhàn)略布局意義。
新生活開始的地方
  這項技術(shù)對于產(chǎn)油國來說,是巨大的利空。石油這種“黑金子”將被石墨烯這種新的“黑金子”所取代。石油國家的政治地位和收入將急劇下降,他們在過去數(shù)十年積累起來的數(shù)萬億美元的儲備資產(chǎn),將如烈日下的冰山一樣開始融化,逐步消失。
  從迪拜到利雅得,從阿布扎比到莫斯科,那些源自石油的權(quán)力、財富、榮光和傲慢,將逐步變得斑駁陸離,最終成為夢幻泡影。
  在頁巖油、石墨烯的打擊下,相當(dāng)一批依靠石油致富的國家,可能被經(jīng)濟(jì)危機(jī)拖入深淵,陷入國家破產(chǎn)。而俄羅斯,如果未來再不進(jìn)行實質(zhì)性的改革,很有可能徹底淪為一個二流國家。至于中東、北非在國際地緣政治中的地位,將變得無足輕重。



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