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石墨烯终将或已经进入工业化

日期: 来源:北京时间收集编辑:石墨

虽然石墨烯是迄今为止发现的最著名的2D材料,但它已经不再是唯一的了。其中有12个正在世界范围内进行研究。它们展示了互补的特性,通过与石墨烯结合,将会增加更多的功能。例如,氮化硼也只是一个原子厚,但与石墨烯不同,它是一种绝缘体——也是有史以来最有效的。至于二硫化钼,它有三个原子厚,它形成了一个比硅更轻、更坚固的半导体。实验室将高导电石墨烯与某种醇结合在一起,使之成为一种吸收阳光并将其转化为电能的过渡金属。这种组合可能会导致外部油漆,能够产生在建筑物内操作家用设备所需的电力。

正如人们所预料的那样,石墨狂热,以及它所吸引的资金,已经在科学界引起了强烈的反响。一些人指出,新的碳原子框架常常令人失望。例如,在20世纪80年代,富勒烯被大肆吹捧,而碳纳米管(卷成石墨片)在上世纪90年代引起了极大的兴奋,到目前为止还没有发现真正的商业应用。

的确,石墨烯还没有彻底改变电子产品的所有品质。就目前而言,由于石墨烯仍受到某些缺陷的阻碍,行业巨头将不得不与硅有关:例如,石墨烯器件的输出频率有时令人失望。它不是半导体,也不是它的传导带足够好,可以让它作为一个独立的晶体管,作为电子元件的基本组成部分。在这样一个标志性的市场中,石墨烯将不得不满足于更窄的利基市场,比如高频电子元件。

简而言之,石墨烯的未来依赖于专门设计的应用程序的开发。这就提出了一个工业文化的问题。要培养适应石墨烯的工程师需要一代人的时间。更重要的是,根据这一研究,硅是没有实现电子效率提升的摩尔定律(每18个月翻倍的晶体管的力量),即使石墨烯无疑是在将来的某个时候优于硅的能力,但它仍然是不确定的,可能在什么时候发生。

经济方程式是艰难的。2013年,生产一克石墨烯的成本为800美元,这意味着硅及其衍生物的黄金时代还远未结束。特别是考虑到在制造困难的基础上,有处理危险的方法。当一种物质只有一种原子厚时,任何对它的作用都可能改变它的结构。此外,在将几种不同的纳米材料放在一起的情况下,没有人知道其后果。特别地,任何溶剂的增加都威胁到石墨烯的导电性。

因此,石墨烯引起了与其他纳米材料同样的关注。石墨烯的尖锐边缘可能会刺穿人体细胞,从而使物质进入人体细胞并破坏它的正常功能。研究人员认为,有非常真实的纳米毒性危害:碎片可能会渗透到10微米深的细胞中。例如,创建基于石墨的人工视网膜,问题就会出现。反弹的睫毛…

至于材料的强度,也就是它的标志性特性,它也同样值得怀疑。研究人员已经证明,在石墨烯“薄片”的边缘,材料的六角形结构退化成五边形和七边形,而后者的鲁棒性则要弱得多。根据他们的说法,有一种风险是,一张纸上最轻微的不完美会造成长时间的裂缝,就像挡风玻璃上的裂缝一样。

自从这种材料首次被分离以来,已经超过10年了,而要掌握它的物理原理,并探索它在许多领域中所开辟的巨大可能性,还需要做些什么?其次,即使对于大规模生产可能带来的潜在危险(如石棉)仍存在严重疑问,现在看来,在诸如光伏、计算机部件或电池等关键领域,石墨烯可以带来技术上的突破,从而带来彻底改变游戏规则的结果。下一阶段吗?转向工业生产——这是一个密切关注的案例。

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