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解析石墨烯:“21世纪神奇材料”真的那么牛?

导读: 手机充电仅需几秒钟?手机屏幕能折叠弯曲?电动车电池续航800公里,充电几分钟即可完成。由这种物质构成的聚合物电池可为无人机和心脏起搏器提供能量……这些设想或许都将因为有“21世纪神奇材料”之称的石墨烯的面世而成为可能。

  看新闻说21世纪是碳世纪,石墨烯将……

  手机充电仅需几秒钟?手机屏幕能折叠弯曲?电动车电池续航800公里,充电几分钟即可完成。由这种物质构成的聚合物电池可为无人机和心脏起搏器提供能量……这些设想或许都将因为有“21世纪神奇材料”之称的石墨烯的面世而成为可能。

  石墨烯真的这么牛? 

解析石墨烯:“21世纪神奇材料”真的那么牛?

  2004年,曼彻斯特大学2位研究员Andre Geim和Kostya Novoselov成功地从石墨中分离出了石墨烯,这项成果使得他们两位在2010年荣获诺贝尔物理学奖。其中,石墨烯的发现者之一、诺贝尔物理学奖得主Andre Geim曾经对石墨烯做过这样形容:“石墨烯对很多人来说,就像爱丽丝仙境一样,非常神奇。”

  不知道大家还记不记得前一阵习大大访问英国之旅,其中有个细节就是习大大专门去英国曼彻斯特大学石墨烯研究所参观了一下。2015年10月23日,习大大参观的曼彻斯特大学的国家石墨烯研究所(National Graphene Institute)以夺目之势走进了石墨烯粉们的眼球。

  解析石墨烯:“21世纪神奇材料”真的那么牛?

  2015年10月23日,习大大访问的英国曼彻斯特大学石墨烯研究

  解析石墨烯:“21世纪神奇材料”真的那么牛?;望

  ●神奇石墨烯,到底何方神圣?

  石墨烯是一种研究性极强的多用途物质,是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料,只有一个碳原子的厚度。碳原子之间相互连接成六角网格。铅笔芯用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起,而碳纳米管就是石墨烯卷成了筒状。

  解析石墨烯:“21世纪神奇材料”真的那么牛?

  石墨烯的结构:碳原子之间相互连接成六角网格

  解析石墨烯:“21世纪神奇材料”真的那么牛?

  铅笔芯用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起

  石墨烯是由碳六元环组成的二维(2D)周期蜂窝状点阵结构,它可以翘曲成零维(0D)的富勒烯(fullerene),卷成一维(1D)的碳纳米管(carbon nano-tube, CNT)或者堆垛成三维(3D)的石墨(graphite),因此石墨烯是构成其他石墨材料的基本单元。石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环, 是目前最理想的二维纳米材料。

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  石墨、石墨烯、碳纳米管和球烯之间的关系

  石墨烯是迄今为止自然界最薄、强度最高的材料,具有透明、导电性强、可弯折、机械强度好等特征,可以被无线拉伸,弯曲到很大角度不断裂,还可以抵抗很高的压力,它可以像钻戒一样坚韧,比钢铁强200倍,又像橡胶一样坚韧。

  解析石墨烯:“21世纪神奇材料”真的那么牛?

  石墨烯是一种“超级材料”

  石墨烯出现在实验室中是在2004年,当时,英国曼彻斯特大学的两位科学家Andre Geim和Kostya Novoselov发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。不断地这样操作,于是薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。

  解析石墨烯:“21世纪神奇材料”真的那么牛?

  可提取石墨烯的石墨粉

  解析石墨烯:“21世纪神奇材料”真的那么牛?

  直接通过石墨的剥离得到石墨烯是一种简单高效的方法

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