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石墨烯
——新世纪的新材料

2017-07-24

小学科学(学生版) 2017年7期
关键词:导热性碳原子锂电池

石墨烯
——新世纪的新材料

石墨烯的结构看起来没什么特别的

汽车的未来动力是什么?反正不是汽油。目前看来,最靠谱的应该是电力。

如今,电动汽车已经大量进入了人们的生活,它们不排放有害气体,也没有难闻

的汽油味儿。目前,制约它们日常使用最大的问题只有一个——充电。不过,有一种神奇的材料正在蓬勃发展,也许能解决这个难题,这就是石墨烯。

啥是石墨烯

石墨烯技术现在被炒得火热,似乎一夜之间所有的科技公司都在讨论它。石墨烯究竟是什么?

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料,是碳原子以某种复杂的形式,组成的六边形呈蜂巢晶格状的薄膜。这么说吧,石墨烯就是一种只有一个碳原子厚的二维纳米材料。

构成石墨烯的碳元素和构成金刚石的是同一种物质,因此,石墨烯是世界上最薄、但又最坚硬的材料。它的结构极稳定,导热性极高,电阻率极低,电子迁移速度极快……没错,这些特性太适合做充电电池了!

石墨烯电池

随着我国的华为公司宣布手机用的石墨烯电池研发成功,石墨烯电池好像越来越接近我们的日常生活了。这种基于石墨烯材料的新型电池,储电量和充电速度都比普通锂电池更出色,也许今后会有越来越多的手机使用它。

在此之前,其实很多科研机构都对石墨烯材料应用于电池开展了大量的研究。理论上,石墨烯电池的储电量至少是目前最好的锂电池的三倍以上。

电动汽车是未来的希望,但首先要解决电池问题

说石墨烯代表了电池的未来,不算过分吧?

有多神奇

石墨烯可不仅仅能用来制造电池,它还拥有诸多特性,可以在不同领域大展身手。

石墨烯是迄今为止研发的最薄材料。一片石墨烯就是一层碳原子,它们紧密结合在一起,形成蜂巢图案。300万片石墨烯堆叠在一起的厚度也不过1毫米!

别看石墨烯轻薄,但它特别强韧,一片石墨烯能够承受相当于一头大象的重量。而且,这头大象需要站在铅笔的末端,才能凭借体重刺破石墨烯片。除了强度极高外,石墨烯也拥有惊人的柔软性,可在不出现破损的情况下伸展2 0%。此外,这种材料的导电性也远远高于通常用于制作电线的铜,同时也是地球上导热性能最高的材料。

在科幻大片《机械警察》中,机械战警身穿一种超级装甲,它的强度是钢铁的200倍,但重量只有钢制装甲的六分之一。这种神奇的装甲,就是用石墨烯材料制作的。

目前的电动汽车主要电池方案就是这么简单粗暴——用成百上千块锂电池铺满车底

前景广阔

石墨烯很厉害吧?它还能做更多事情——石墨烯更有潜力的应用是成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将会提高数百倍!由于石墨烯几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光,同时,它又非常致密,即使是最小的气体分子也无法穿透。这些特征使得石墨烯非常适合作为透明电子产品的原料,如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。

难怪科学家将石墨烯称作是2 1世纪最有前途的新材料。随着石墨烯技术的快速发展,一场新的材料革命正在悄悄酝酿!

他捏着的那个小东西,就是传说中的石墨烯

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