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科普贴|石墨烯是什么?

科普贴|石墨烯是什么? 上海利物盛
2020-02-10
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导读:“21世纪材料王”——石墨烯已成为迄今最轻、导电性能等最好的材料。

 

石墨烯究竟是什么材料呢?它是一种由碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,是获得诺贝尔奖的21世纪“神奇材料”,未来一定会给人类的生活带来巨大福利



用铅笔轻轻在纸上划一下,就可能留下几十层石墨烯👇

这么薄的石墨烯,

却拥有“神奇材料“、“黑金“、“新材料之王“等称呼。

为什么呢?


因为石墨烯自带”材料王“属性👇



“材料王”属性使得石墨烯成为迄今最轻、导电性能最好的材料。


石墨烯其实一直存在,只是因其难以从石墨中分离出来,一直没有被大众所知。直到有一天……


历史的转折点

2010年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆(Andre Geim)用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,共同获得了当年诺贝尔物理学奖。



石墨烯结构


石墨烯是由碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构,它可以翘曲成零维的富勒烯,卷成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨,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,是最理想的二维纳米材料。理想的石墨烯结构是平面六边形点阵,可以看作是单层碳原子,由于碳碳化学键的作用,石墨烯的结构非常稳定,内部的碳原子之间的连接很柔韧,当施加外力于石墨烯时,碳原子面会弯曲变形,使得碳原子不必重新排列来适应外力,从而保持结构稳定。同时,这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性能。





石墨烯特性


石墨烯具有非常好的热传导性能。无缺陷的单层石墨烯的热导系数高达5300W/mK,是目前为止热导系数最高的碳材料。导热性是铜的13倍和碳纳米管的1.51倍,是室温下最好的导热材料。利物盛也针对这一特性,比如地暖,取暖器,加热马甲,坐脚垫等大健康产品上做出了革命性的改革。


石墨烯采暖产品具备发热快的特点,通电5分钟左右即可感受到热量,均匀受热,无温差,一种安全舒适的均热效果。石墨烯加热还稳定产生远红外光波,被誉为“生命之光”,远红外辐射波长3-25μm,可使人毛细血管扩张,促进血液循环,提高机体免疫能力,从而有理疗养身保健之功效。


同时,石墨烯具有优异的力学特性,硬度超过钻石,且强度比世界上最好的钢铁还要高上百倍。有关文献报道石墨烯受力崩碎前,表面每100纳米距离上可承受的最大压力达到了大约2.9微牛。换句话说,如果用石墨烯制成包装袋(厚度为100纳米)厚度的产品,那么它将能承受大约两吨重的物品。更直观一点,单层石墨烯厚度为0.335nm,把一头大象的重量加到一支铅笔上,才能够用这支铅笔完全刺穿单层石墨烯。


石墨烯同时也具有超高的稳定性以及光学特性。石墨烯应用广泛,实乃“21世纪的新材料之王”。


石墨烯应用


随着批量化生产以及绿色环保等问题逐步突破,石墨烯的产业化应用步伐正在不停加快,基于已有研究成果,石墨烯的应用开始在诸多领域得到了应用,最先实现商业化应用的领域就有大家熟知的移动设备、航空航天、新能源电池、电热能源等领域。

目前已成功运用石墨烯原料应用的民用级产品已有很多,比如石墨烯显示屏、石墨烯涂料、石墨烯织物穿戴产品、石墨烯润滑油、石墨烯医疗设备(包括最近受疫情影响的紧缺货源——口罩)等等,还有利物盛石墨烯全屋供暖系统随着时间的推移,利物盛的未来将有更多的石墨烯产品面世。



END


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国内领先的石墨烯应用研发、石墨烯相关产品生产和销售企业
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