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星月城娱乐 一篇文章全面读懂石墨烯
作者:jinhaiyule    发布于:2018-10-12 22:47    文字:【】【】【
摘要: 石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体,是英国曼彻斯特大学的安德烈海姆教授和康斯坦丁诺沃肖洛夫教授率先于2004年通过一种简单的方法从石墨中剥离得到了单层石墨烯

    石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体,是英国曼彻斯特大学的安德烈海姆教授和康斯坦丁诺沃肖洛夫教授率先于2004年通过一种简单的方法从石墨中剥离得到了单层石墨烯。在目前得到的二维材料里,石墨烯厚度最薄、比表面积较大,是人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。正是由于这些优异的物理性能及巨大的应用前景,石墨烯的发现者于2010年获得了诺贝尔物理学奖。
由于石墨烯特殊的结构,其也表现出许多其它材料不具有的特异性能。
1.导电性极佳:石墨烯中载流子电子和空穴是连续的,迁移率可以到达1×105cm2/Vs,电子的传输速度达到光速的1/300,大大超过了在一般金属导体和半导体中的传导速度,因而其拥有极好的导电性。
2.超高透光率:单层石墨烯在很宽的波长范围内的吸光度仅为2.3%,也就是单层石墨烯的透光率达到97.7%,远远高于透明导电薄膜国际通用标准85%的要求。
3.超高强度:石墨烯被发现是继碳纳米管之后具有最高弹性模量和强度的材料。其强度是世界上最好的钢强度的100倍,硬度比自然界中最硬的材料金刚石还高,同时又拥有极好的柔韧性,可以随意弯曲。
4.超高热导率:和石墨、金刚石和碳纳米管相似,石墨烯也拥有非常高的热导率,自由态的单层石墨烯在室温下热导率可以达到5000W/mK,是目前已知的导热率最高的材料。
5.超大比表面积:由于石墨烯的厚度只有一个碳原子厚,因此单层石墨烯拥有超大的比表面积,可以达到2630m2/g,远远大于普通活性炭的比表面积。
如果单看这些属性,那么石墨烯简直表现完美。唯一不完美的,在于怎么能够大量制备。
星月城娱乐 石墨烯制备技术
石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜,从2006年开始,研究论文急剧增加,作为形成纳米尺寸晶体管和电路的“后硅时代”的新潜力材料,旨在应用石墨烯的研发也在全球范围内急剧增加,美国、韩国,中国、日本等国家的研究尤其活跃。
目前众多国际大牌厂商如陶氏化学、三星、IBM以及苹果等都在积极推进石墨烯产业化的研究,从2004年至今,国际上关于石墨烯的专利申请已经达到了几千项,主要在石墨烯的制备、能源领域的应用、显示技术方面的应用、石墨烯纳米材料以及石墨烯复合材料等方面。但全球范围内都没有实施大规模量产的先例,这主要是由于还没有找到一种适合大规模生产的方法和途径,同时这也是石墨烯成本一直居高不下的原因。
目前石墨烯主要的制造方法包括五种,分别是:机械剥离法、气相沉积法(CVD法)、SiC热分解法、氧化还原法等。其中最接近实际生产应用的是气相沉积法。
星月城娱乐 石墨烯在汽车行业的潜在应用
石墨烯是一种技术含量非常高、应用潜力非常广泛的二维碳材料,在众多行业都具有广泛甚至是颠覆性的应用前景。而汽车产业又是建立在众多行业基础上的一个集成行业,因此石墨烯对于汽车行业也有重要的应用价值和前景。
1.应用于锂离子电池,大幅缩短充电时间,提升电池容量
目前,全球汽车制造商使用的动力电池主要使用锂电池,以特斯拉为代表的镍钴铝酸锂电池、以比亚迪为代表的磷酸铁锂电池和以日本汽车为代表的锰酸锂。
这三类电池以钴酸锂电池能量密度最高,但它在高温下也最不稳定;磷酸铁锂电池最稳定,但能量密度最低。锂离子电池技术已经沉寂了20年没有大的技术革新,其最大的障碍在于:锂离子电池功率密度有限,其大量能量无法快速接收或释放(即无法实现快充快放)。
石墨烯由于其超大的载流子迁移率,应用于锂离子电池上,可以大幅降低充电时间;而且由于其稳定性可以提高电池循环稳定性;另外由于超大比表面积还能提升电池容量。
特斯拉升级版的ModelS采用了改进过的锂电池,新改进的18650型锂电池的容量大幅度加大,6831节电池组数量没有增加,但电池组的总容量从53kWh提高到了70kWh。特斯拉没有确认是否加入了石墨烯,不过,它的性能有如此大幅度的提升,恐怕只有石墨烯能做到。
锂电池传统制造强国是日本和韩国,在石墨烯电池上他们也正在抢夺技术先机。韩国科学家早在2014年11月就宣布,最新发明的石墨烯超级手机电池,可存储与传统电池等量的电量,但充电时间只需16秒。美国伦斯勒理工学院研究人员也预计,石墨烯阳极材料比如今锂离子电池中惯用的石墨阳极充电或放电速度快10倍。
2014年12月初,星月城娱乐报道,西班牙Graphenano公司和西班牙科尔瓦多大学合作研发的石墨烯电池,一次充电时间只需8分钟,可行驶1000公里。如果这一结果属实,那么毫无疑问电动汽车将完全颠覆传统汽油汽车,成为汽车的主力军。



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