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神奇的石墨烯,比硅更大的材料革命

沈阳新闻网-探索 来源:whereisme 时间:17-07-16 501条评论

神奇的石墨烯,比硅更大的材料革命

芯片摩尔定律已经失效,科学家正在寻求量子计算芯片的发展。电池容量瓶颈迫在眉睫,不仅是智能手机,电动车、无人机等一大波新技术产品有赖于电池的突破。内存正有机械式走向固态式,但现有的固体硬盘存取寿命明显短很多。

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机械强度最高的材料

美国哥伦比亚大学的两名华裔科学家李成古和魏小丁研究得出的,石墨烯是人类已知机械强度最高的材料,它的杨氏模量高达1TPA,比钢铁还高200倍。做外壳比用于防弹衣的凯芙拉还强。

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导热性能天下第一

石墨烯的导热性能优于碳纳米管。普通碳纳米管的导热系数可达3500W/mK,理论值甚至高达6000W/mK,是目前导热率最高的天然材料金刚石的2.5倍。比现在航空级的流体导热也差不了多少。当然不只是用在散热技术上,对于现有的热能转换部件都会有影响,即使是老式汽车、航空业、地热发电、风能发电电机的基础设计都会得到极大的改进。

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光学性质超好

因为独特的能带结构和零带隙特征,石墨烯有两个惊奇的光学性质,石墨单层对可见光仅2.3%的吸收,透明度为97.7%。硅基玻璃的透光率只有80%。作为屏幕保护层,石墨烯在合适不过了。作感光元器件效果会更好,有实验室以石墨烯为原料制作的传感器可超越现有最先进的传感器1000倍。太阳能效率也会比现有硅基面板提高很多倍,英国萨里大学研究员已经在实验室开发出效率接近90%的石墨烯基太阳能面板。

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电阻率最低材料

“电子在石墨烯里遵守相对论量子力学,没有静质量”与大多数常见物质不同,它的半导体间隙为零,在石墨烯中的大π键的共轭体系中,电子移动与金属和半导体完全不同,遵循狄拉克方程,因此可以费米速率高速移动。在实验室电子传输测量结果中,石墨烯的电子迁移率高于15,000 cm2V−1s−1,更不受温度影响。是现有物质中电阻率最低的材料。石墨烯超导的特性可轻松实现现有硅芯片的性能的同时功耗大降,不需考虑硅芯片高集成度下的漏电和电子高速运行下的相互干扰。基于这种特性,利用石墨烯制成的电池容量可达现有30倍,充电速度还更快,超级电容类电池性能增幅更大。

神奇的石墨烯,比硅更大的材料革命

石墨烯,不仅拥有比硅更广泛的用途,远超自然界材料的优异物理化学性能还会带来一场比硅更大的多的材料革命。

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