❶ 生物质石墨烯应用领域都有哪些
生物质石墨烯,实质上是石墨烯的一种,它通过利用生物质原料(如秸秆、木质素等)制成,其应用范围与通过其他方法制备的石墨烯相同。就像食用油,无论是通过压榨还是有机抽提方式生产,最终的产品都是食用油,均可食用。
石墨烯,这种由单一层碳原子组成的二维晶体,是从石墨材料中剥离而来。2004年,英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功从石墨中分离出石墨烯,并证实了其可以独立存在,为此他们共同获得了2010年的诺贝尔物理学奖。石墨烯不仅是世界上最薄的材料,也是最坚韧的材料之一,其断裂强度比高级钢材高200倍,同时具有良好的弹性,拉伸幅度可达到其自身尺寸的20%。一片面积为1平方米的石墨烯可制成吊床,自身重量不足1毫克,却能支撑起一只1000克的猫。
石墨烯的最大潜力在于替代硅,制造超微型晶体管,以生产未来的超级计算机。据专家分析,若用纯石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将提高数百倍。此外,石墨烯几乎是完全透明的,仅吸收2.3%的光,而且非常致密,连最小的气体原子(如氦原子)也无法穿透。这些特性使其成为透明电子产品,如透明触摸显示屏、发光板和太阳能电池板的理想原料。
作为目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种纳米材料,石墨烯被誉为“黑金”和“新材料之王”,科学家甚至预测石墨烯将“彻底改变21世纪”。石墨烯的应用包括:对物理学基础研究具有重要意义,它使一些此前只能在理论上讨论的量子效应可以通过实验来验证,如电子的无障碍穿越。石墨烯的物理性质独特,因其仅有一层原子厚,电子运动被限制在一个平面上,从而展现出全新的电学属性。石墨烯是世界上导电性最好的材料,电子在其中的运动速度达到光速的1/300,远超一般导体中的电子运动速度。
在塑料中掺入百分之一的石墨烯,可赋予塑料良好的导电性;掺入千分之一的石墨烯,则能使塑料的耐热性能提高30摄氏度。这为制造薄、轻、具拉伸性且超强韧的新型材料提供了可能,这些材料可用于汽车、飞机和卫星的制造。随着批量化生产和尺寸难题的逐步解决,石墨烯的产业化应用步伐正在加快。基于现有研究成果,移动设备、航空航天、新能源电池领域可能是最先实现商业化应用的领域。
在消费电子产品领域,可弯曲屏幕备受关注,成为未来移动设备显示屏的发展趋势。柔性显示市场前景广阔,石墨烯作为基础材料的前景也被看好。数据显示,2013年全球手机触摸屏需求量约为9.65亿片。到2015年,平板电脑对大尺寸触摸屏的需求将达到2.3亿片,为石墨烯应用提供了广阔市场。韩国三星公司的研究人员已制造出由多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏,预计大规模商用不久矣。
新能源电池也是石墨烯最早商用的领域之一。麻省理工学院研究人员已成功研制出表面附有石墨烯纳米图层的柔性光伏电池板,大大降低了制造透明可变形太阳能电池的成本,这种电池可能应用于夜视镜、相机等小型数码设备。此外,石墨烯超级电池的研发解决了新能源汽车电池容量不足及充电时间长的问题,极大推动了新能源电池产业的发展。
石墨烯在航天军工领域的应用优势同样显着。美国NASA开发出了应用于航天领域的石墨烯传感器,能够很好地检测地球高空大气层的微量元素和航天器上的结构性缺陷。石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用。