石墨烯的奥妙

来源:华尔街日报中文网 2013-09-26 15:14:52 浏览:

一种强度是钢的200倍、厚度仅为一个原子直径的物质引发了一场全球科学淘金热,令各大公司和大学纷纷去研究和申请专利,想从这种与普通铅笔芯“血脉相承”、但更苗条更有魅力的物质中获利。

这种物质就是石墨烯。它是已知的最薄的物质,但却又极其坚硬、轻薄和柔韧。它在导电导热和吸收光释放光方面的能力超群。


科学家十年前才分离出了石墨烯这种物质,但有些公司已经开始将它纳入产品之中:Head NV去年推出了一种注入石墨烯的网球拍。苹果公司(Apple Inc.)、萨博(Saab AB)和洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin Corp.)最近已经申请或获得了使用石墨烯的专利。

苹果申请了将石墨烯用于制作移动设备“散热器”的专利。萨博申请了为飞机机翼除冰的石墨烯加热电路的专利。洛克希德·马丁今年获得了美国政府颁发的利用微型孔隙从海水中过滤盐分的石墨烯薄膜的专利。


还有的公司申请了将石墨烯用于电脑芯片、电池、弹性触摸屏、防锈涂层、DNA序列分析设备以及轮胎的专利。英国的一群科学家已经将石墨烯薄膜用于蒸馏伏特加。


Cambridge Intellectual说,截至今年5月,全球共有9,218项公开的石墨烯专利和专利申请,较一年前增长19%。该机构表示,在过去五年中,石墨烯专利申请累计数量增加了五倍多。


石墨烯短期内最有可能应用于高速电子设备以及与法拉利博士的键盘一样的弹性电路,因为会有对弹性电子显示屏使用的需求。韩国三星电子公司(Samsung Electronics Co.)和芬兰诺基亚公司(Nokia Corp.)等公司已经申请了石墨烯在移动设备中各种用途的专利。


最热门的领域是用于制造电路的石墨烯墨水,一些公司已经开始销售这种产品。法拉利博士的实验室去年申请了一种可用喷墨打印机打印的石墨烯墨水的专利。巴斯夫(BASF SE)正在实验用石墨烯墨水打印弹性电路,安装在可加热汽车座椅的垫衬内,该公司表示这种技术将会在未来几年进入市场。


实际上,石墨烯只有两个维度,微观结构很像铁丝网。在五年前发表的一项研究中,哥伦比亚大学(Columbia University)的研究员总结说,石墨烯是可测量的硬度最强的物质。他们计算出,需要一头大象站在铅笔末端才能刺破一片保鲜膜厚度的石墨烯。


石墨烯可吸收和释放的光的波长范围比任何已知的物质都大。它的导电性能比硅强得多。和易碎的硅不同,石墨烯柔韧性好、可伸缩。

石墨烯电路最终有望比铜和银等传导材料更便宜,因为它可以由石墨——普通铅笔芯的主要成分——制成,而且也可以由一定量的气体和金属混合制成,或由固体碳源合成。


这是一场全球竞赛:Cambridge Intellectual说,截至今年5月,累积申请石墨烯专利最多的是中国,美国和韩国紧随其后。三星申请的专利数最多,接下来是IBM和韩国首尔成均馆大学(Sungkyunkwan University)。


对石墨烯表现出兴趣的还有美国军方。2011年年末,位于马里兰州艾德菲(Adelphi)的美国陆军研究实验室(U.S. Army Research Laboratory)与波士顿的东北大学(Northeastern University)签署了一项研究石墨烯属性的协议,资金主要来自美国国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency,简称Darpa)30万美元的拨款。


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