一片石墨烯看起来像原子级蜂窝。
什么是石墨烯:
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、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,被认为是一种未来革命性的材料。 [1] 英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,因此共同获得诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法,薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)
单层石墨烯
单层石墨烯(Graphene):指由一层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。 [36]
双层石墨烯
双层石墨烯(Bilayer or double-layer graphene):指由两层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式(包括AB堆垛,AA堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。 [37]
少层石墨烯
少层石墨烯(Few-layer):指由3-10层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛,ABA堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。 [38]
多层石墨烯
多层石墨烯又叫厚层石墨烯(multi-layer graphene):指厚度在10层以上10nm以下苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛,ABA堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料
石墨烯的由来:
早在,英国曼彻斯特大学(University of Manchester)的两位科学家进行了一个看似简单的实验,但其实验结果却可能会改变世界。
当时,研究人员安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)正在研究石墨,一种铅笔尖上的物质。石墨是由超薄的纯碳层堆叠而成。实验中,海姆和诺沃肖洛夫想看看他们是否能分离出单层石墨,这是一层几乎不可能的薄层碳层,只有一个原子厚。
所以,他们拿了一卷胶带。是的,就是我们日常使用的透明胶带。他们到底是怎么做的呢?我们来看看海姆对这次实验的技术描述:
“把(胶带)粘在石墨或云母上,剥掉最上面的一层。会有石墨薄片脱落在你的胶带上。粘在上面的胶片上,再把它们分开。然后重复这个过程10到20次。每一次,胶片都会分裂成越来越薄的薄片。最后,你的胶带上会剩下非常薄的石墨片。最后,你把胶带溶解掉,一切就都解决了。”
如此简单的胶带法居然奏效了!通过隔离单层碳薄片,海姆和诺沃肖洛夫制备出了一种名为石墨烯的全新材料。现在,石墨烯被认为是地球上最强、最轻、导电能力最好的物质。
,海姆和诺沃肖洛夫因发现石墨烯而共同获得了诺贝尔物理学奖,世界各地的研究人员也开始呼吁如何利用这种非凡的“超级材料”来制造更强大和更持久的电池、更快的微芯片、更灵活的电路、可植入的生物传感器等等。
十年后的今天,虽然石墨烯还没有实现它大肆宣传的承诺,但业内人士相信,在未来几年,我们最终将看到智能手机、电动汽车和传感器使用基于石墨烯的技术。
为什么石墨烯是一种超级材料呢?
一层石墨烯的厚度仅为一个原子,它符合了超级材料的所有特性:
· 石墨烯的强度是钢的200倍。
· 它比纸轻1000倍。
· 它有98%的透明度。
· 在室温下,它的导电性比任何已知的材料都好。
· 它可以将任何波长的光转换成电流。
· 最后但同样重要的是,石墨烯由碳构成,碳是宇宙中含量第四大的元素,所以我们不太可能会用完。
左边的小瓶是石墨,中间的小瓶是石墨膨胀的,而右边的小瓶是石墨烯。
石墨烯的超能力来自其结构。如果你能把它放大到足够近的距离,你会看到一片石墨烯看起来像一个原子尺度的蜂巢。单个碳原子排列成类似铁丝网的六角形。石墨烯片中的每个碳原子都与其他三个碳原子共价结合,这赋予了这种材料难以置信的强度。
那为什么石墨烯导电如此之好呢?再说一次,还是因为这些碳原子的键合方式。每个碳原子的外壳中有四个电子,但只有三个电子与邻近的三个碳原子共享。剩下的电子被称为π电子,可以在三维空间中自由运动,这使得它可以几乎没有电阻地在石墨烯薄片上传递电荷。事实上,石墨烯是室温下任何已知物质中导电速度最快的。
“神奇的角度”
最近的一项发现又给石墨烯这种神奇材料增添另一个超级能力。3月5日,顶级科研刊物《自然》(《Nature》)杂志连刊两篇由麻省理工学院(MIT)博士生曹原主笔的论文,宣告了石墨烯超导电性的研究新突破。随后,麻省理工学院(MIT)的一个研究小组据此理论试验了双层石墨烯(两层单原子石墨烯堆叠在一起),验证了石墨烯的这种几乎神奇的新特性。当这些层彼此旋转稍微偏离时(精确到1.1度),石墨烯就变成了超导体。而超导体是最稀有的一类导电材料,它可以完全无电阻、零热量地导电。
石墨烯“神奇角度”的发现在科学界引起了轩然大波。尽管,实验是在极端低温下进行的(接近0开尔文或零下459.67华氏度),但它开启了将石墨烯与其他超导元素结合的可能性,我们比以往任何时候都更接近室温超导。这一成就将极大地提高所有东西的能源效率,从小玩意到汽车,再到整个电网。
石墨烯在取暖行业的应用(熊爸爸石墨烯地暖)
石墨烯发热膜和常规发热膜一样需要通电发热,在石墨烯发热膜两端电极通电的情况下,电热膜中的碳分子在电阻中产生声子、离子和电子,由产生的碳分子团之间相互摩擦、碰撞(也称布朗运动)而产生热能,热能又通过控制波长在5—14微米的远红外线以平面方式均匀地辐射出来。
有效电热能总转换率达99%以上,同时加上特殊的石墨烯材料的超导性,保证发热性能稳定。但是与常规金属丝发热膜不同的地方在于,发热稳定安全,而且散发出来的红外线被称为“生命光线”。
当远红外线照射人体时,其频率与身体中的细胞分子、原子间的水分子运动频率相一致时,引起共振效应。其能量最高且能被生物体所吸收,使皮下组织深层部位的温度升高,产生的热效应使水分子活化,处于高能状态,加速人体需要的生物酶的合成。同时活化蛋白质等生物分子,从而增强机体免疫力和生物细胞的组织再生能力,加速供给养分和酵素,促进身体健康。
石墨烯地暖还具有:发热快,不占层高,衰减慢50年免维修,智能控制等优点,未来地暖行业比属于石墨烯地暖的天下,在石墨烯地暖行业中,熊爸爸石墨烯地暖率先布局,杭州白熊科技有限公司是集研发、生产、销售、服务于一体的企业,现在有:
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