欧盟发布石墨烯路线图:激光领域的“新宠儿”
石墨烯电阻率极低,电子迁移的速度极快。
在石墨烯中,电子能够极为高效地迁移,迁移速率仅为光速的三百分之一,远远高出其在硅、铜等传统半导体和导体中的速率。
“电子在石墨烯里边好像没有质量一样,运动速度非常快。”中国科学技术大学教授曾长淦表示,“电子能量不会被损耗的特点,使这种材料具有了非比寻常的优良特性。”
它的另一特性让材料学家更为惊喜,该材料几乎完全透光,透光率在97%以上。
2012年,美国IBM公司成功研制出首款由石墨烯圆片制成的集成电路,使得石墨烯特殊的电学性能彰显出应用前景。中科院院士高鸿钧对此表示:“石墨烯材料具有优异的电学性质,有望被用于制造新一代高性能电子学器件。”
引导科技革命
在世界范围内,针对石墨烯研究与应用的热潮在持续涌动
石墨烯神秘又神奇的特殊性能让人们对它的应用充满幻想。
在国内,有关石墨烯的应用研究开展得如火如荼。
我国在石墨烯的基础研究与产业化推进中处于世界前列,多支研究队伍在石墨烯的性能研究与制备技术方面取得突破性成果。其中,中国科学院重庆绿色智能技术研究院的石墨烯薄膜制备技术以2.1亿元人民币的价格实现转让,更是让研究者与开发者蠢蠢欲动。
在世界范围内,针对石墨烯研究与应用的热潮在持续涌动。
据剑桥知识产权公司的统计数据显示,截至今年5月,全球已经获批和正在申请的石墨烯专利共计9218项,专利申请数量在过去5年更是增加了4倍;自2004年开始,石墨烯领域的相关研究论文呈指数上升趋势,迄今论文总数已超过2万篇,仅2012年一年就超过了6000篇。
“从来没有一种材料能像石墨烯这样在各个领域都广受关注。”曾长淦感慨,虽然国内外目前还没有实实在在的石墨烯产品问世,“但它是众多‘明星’材料中最接近应用的材料。”
超轻防弹衣、超强光转换效率激光武器、超薄超轻型飞机、超薄能折叠的手机、高强度航空材料、高性能储能和传感器、超级电容器,甚至更富想象力的太空电梯,越来越多基于石墨烯材料的未来设备进入科学家的研究视野。
其中,透明电极的应用最引人注目。
“石墨烯良好的电导性能和透光性能,使它在透明电导电极方面有非常好的应用前景。”曾长淦表示,如今电子产品中的触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、有机发光二极管等都需要良好的透明电导电极材料。
传统的电导电极应用的是氧化铟锡,而这种材料脆度较高,比较容易损毁。
与之相比,石墨烯不仅更加坚硬,性能也更好。
“氧化铟锡光通过率比较低,用石墨烯的话,显示器的屏幕会更亮。”曾长淦表示,石墨烯在透明电极方面的应用会大幅降低电子设备的成本,并使其更省电、更清晰,“十年内,石墨烯在透明电极方面肯定能够实现商业化”。
97%以上的光通过率在为透明电极的应用带来变革的同时,也使太阳能产业的升级成为可能。
据专家介绍,当前市面上的太阳能电池板基本为多晶硅,其光电转换率为30%左右,而石墨烯太阳能技术的光电转换效率高达60%,是现有多晶硅太阳能技术的2倍。
近期,美国麻省理工学院与苹果公司相继发布研究报告,论述了石墨烯作为太阳能电池为电子设备提供能源的可能,苹果公司更是为此提交了专利申请,为在电子设备中搭载石墨烯太阳能电池提供解决方案。
中科院宁波材料技术与工程研究所研究员刘兆平在接受《中国科学报》记者采访时表示,石墨烯微片可以与锂离子电池电极活性材料颗粒形成二维导电接触,在电极中构建三维导电网络,因而可大幅提升电池综合性能。
初步实验结果表明,与常规方案的电池相比,采用石墨烯导电剂的钴酸锂电池容量高出3%,放电容量从72%提高到92%。
突破制备技术
制备技术是石墨烯进入应用领域、实现产业化的拦路虎之一
尽管国内外科学家对石墨烯的研究越来越透彻,对其应用的探索成果也不断涌现,然而市面上却鲜有真正的石墨烯材料产品问世。
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