比钢更强，比纸更薄，可能是科技的未来

依然狼狈

什么是石墨烯





一种新材料有可能改变未来。被称为“超级材料”的石墨烯让世界各地的研究人员争先恐后地更好地理解它。该材料的一长串最高级特质使它看起来几乎是神奇的，但它可能对物理和工程的未来产生非常真实和激烈的影响。
什么是石墨烯？
描述石墨烯的最简单方法是它是一层薄薄的石墨 - 铅笔芯中使用的柔软片状材料。石墨是元素碳的同素异形体，意味着它具有相同的原子，但它们以不同的方式排列，赋予材料不同的性质。例如，钻石和石墨都是碳的形式，但它们具有截然不同的性质。钻石非常坚固，而石墨则很脆。石墨烯的原子排列成六边形排列。
有趣的是，当石墨烯与石墨分离时，它具有一些神奇的特性。它只有一个原子厚度，是迄今发现的第一个二维材料。尽管如此，石墨烯也是已知宇宙中最强的材料之一。拉伸强度为130 GPa（gigapascals），比钢强100多倍。
尽管如此薄，但石墨烯的强度令人难以置信，已经足以令人惊叹，但其独特的性能并不止于此。它还具有柔韧性，透明性，高导电性，并且对大多数气体和液体来说似乎是不可渗透的。几乎看起来似乎没有石墨烯不优于的区域。
石墨烯的应用
太阳能电池/光伏发电

图2

石墨烯具有高导电性和透明性。因此，它作为太阳能电池中的材料具有很大的潜力。通常，太阳能电池使用硅，当光子撞击材料时会产生电荷，从而使自由电子松动。硅每个光子只能释放一个电子。研究表明，石墨烯可以为每个撞击它的光子释放多个电子。因此，石墨烯在转换太阳能方面可能要好得多，预计效率为60％，而目前的硅电池能够提供大约25％的效率。
半导体
由于其高导电性，石墨烯可用于半导体中以大大提高信息传播的速度。最近，能源部进行的测试表明，当半导体聚合物放置在石墨烯层上而不是硅层时，导电性能要快得多。即使聚合物较厚，这也适用。当放置在石墨烯层顶部时，50纳米厚的聚合物比10纳米的聚合物层更好地进行电荷。面对先前的智慧，这种观点认为聚合物越薄，它就能越好地传导电荷。
水过滤
石墨烯的紧密原子键使其几乎对所有气体和液体都不可渗透。奇怪的是，水分子是一个例外。因为水可以通过石墨烯蒸发，而大多数其他气体和液体不能，石墨烯可能是过滤的特殊工具。曼彻斯特大学的研究人员用酒精测试了石墨烯的渗透性，并且能够提取非常强烈的烈酒样品，因为只有样品中的水能够通过石墨烯。
由于人口过剩仍然是世界上最紧迫的环境问题之一，保持清洁水供应只会变得更加重要。事实上，水资源短缺困扰着全球超过10亿人口，这一数字只会在目前的趋势下继续上升。石墨烯过滤器具有改善水净化的巨大潜力，增加了可用的淡水量。事实上，洛克希德·马丁公司最近开发了一种名为“Perforene”的石墨烯过滤器，该公司称其可以彻底改变海水淡化过程。
石墨烯研究的未来
鉴于石墨烯看似无穷无尽的优势，人们可以期待在任何地方看到它。那么，为什么没有广泛采用石墨烯呢？与大多数事情一样，它归结为金钱。石墨烯的大量生产仍然非常昂贵，限制了它在任何需要大规模生产的产品中的使用。此外，当生产大片石墨烯时，材料中出现微小裂缝和其他瑕疵的风险增加。无论科学发现多么令人难以置信，经济学总是会决定成功。
抛开生产问题，石墨烯研究绝不会放缓。世界各地的研究实验室 - 包括首次发现石墨烯的曼彻斯特大学 - 正在不断申请创造和使用石墨烯的新方法的专利。欧盟于2013年批准为一项旗舰计划提供资金，该计划将资助用于电子产品的石墨烯研究。也许更重要的是，亚洲许多主要的科技公司正在对包括三星在内的石墨烯进行研究。由于欧盟试图在亚洲爆炸性经济增长的情况下稳步站稳脚跟，石墨烯可能成为未来几年国际政治中的重要战场。同样，帝国经常根据他们对资源的控制而起伏不定。

图3

尽管目前存在局限性，但研究人员正在尝试各种石墨烯用途，从灯泡到防弹衣。
革命不会在一夜之间发生。硅是在19世纪中叶发现的，但是近半个世纪以来，硅半导体为计算机的兴起铺平了道路。石墨烯可能具有几乎神话般的品质，是推动人类历史下一个时代的资源吗？只有时间会给出答案。

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