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    技術應用

    石墨烯常用模切材料
    來源:科健儀器 時間:2017-05-15
    石墨烯常用模切材料
    石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料,它幾乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;導熱系數高達5300 W/m·K,高于碳納米管和金剛石,常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V·s,又比納米碳管或硅晶體高,而電阻率只約10-8Ω·cm,比銅或金銀更低,為世上電阻率最小的材料。因其電阻率極低,電子遷移的速度極快,因此被期待可用來發展更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。同時由于石墨烯實質上是一種透明、良好的導體,也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。
     
    石墨烯(Graphene)是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料。是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一個碳原子厚度的二維材料。此材料于2004年英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov),成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯,而證實它可以單獨存在,兩人也因在二維石墨烯材料的開創性實驗,共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。
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    石墨烯提取工藝
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    應用領域:
    石墨烯具備眾多優異的力學、光學、電學和微觀量子性質。具備導熱系數高、電子遷移率高、電阻率低、機械強度高等眾多普通材料不具備的性能,未來將在電極、電池、晶體管、觸摸屏、太陽能、傳感器、超輕材料、醫療、海水淡化等眾多領域應用, 可以說是最有前景的先進材料之一。
     
    1.電池領域:
    新能源電池也是石墨烯最早商用的一大重要領域。石墨烯超級電池的成功研發,也解決了新能源汽車電池的容量不足以及充電時間長的問題。其沖電速度為普通電池的1000倍,電池的儲存量也是普通電池的數倍,美國成功研究出一次充電即可行駛500英里的電動汽車。
     
    2.太陽能電池領域,替代多晶硅:
    目前太陽能研究的主要方向之一是利用有機化合物(即含碳化合物)代替昂貴的高純度硅板,以制作價廉質輕且柔性的太陽能電池。但是這種有機太陽能電池的發展關鍵在于找到與有機太陽能電池匹配的柔性的、透明的、低成本的電極材料。
    石墨烯透明導電膜具有對于包括中遠紅外線在內的所有紅外線的高透明性,是轉換效率非常高的新一代太陽能電池最理想材料。
     
    3.超級電容器:
    超級電容器是基于高比表面積炭電極/電解液界面產生的電容,或者基于過渡金屬氧化物/導電聚合物的表面及體相所發生的氧化還原反應來實現能量存儲和轉換的電子元件。其構造和電池類似,主要包括正負電極、電解液、隔膜和集流體。
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    4.觸摸屏:
    高透和高導電是石墨烯應用于觸摸屏的又一大熱點。近幾年隨著智能手機和平板電腦的大規模普及,全球觸摸屏需求量也隨之大幅增加。預計未來需求的增長仍將持續。
     
    5.手機、電腦、LED散熱領域:
    與傳統光源一樣,L ED在工作期間也會產生熱量,而熱量多少取決于發光效率,然而只有約30-40%的電能轉化為光能,其余60-70%的能量主要以非輻射點陣振動的形式轉化熱能。在手機等電子產品越來越薄的趨勢下,石墨烯優異的散熱性能受到極大關注。
     
    6.石墨烯集成電路:
    半導體產業界存在著名的摩爾定律:芯片的集成度每18個月至2年提高一倍, 即加工線寬縮小一半。未來摩爾定律將很難繼續有效。主要原因在于,硅材料的加工極限一般為10納米線寬,尺寸再繼續縮小下去,將會產生量子效應, 原有的宏觀物理原理不再適用。因此, 電路線寬小于1 0納米,產品的性能穩定將無法保證。
    可是現在,石墨烯和碳納米管等新材料的出現,極有可能打破摩爾定律的天花板。相比硅材料,石墨烯和碳納米管的電子遷移率更高、尺寸更小,同時具備良好的導熱性和載流子傳導率,可以用于制作性能優良的微電子器件。
     
    7.醫療領域:
    制造醫用消毒品和食品包裝。中國科研人員發現細菌的細胞在石墨烯上無法生長,而人類細胞卻不會受損。利用石墨烯的這一特性可以制作繃帶,食品包裝,也可生產抗菌服裝、床上用品等。
     
    8.軍用領域:
    石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料,有望制造出紙片般薄的超輕型飛機材料、超堅韌的防彈衣,具有軍事用途。
     
    石墨烯的優異性能
    ◆理論比表面積高達2600m2/g VS 活性炭800-1000m2/g
    ◆導熱系數高達5300w/m·k VS銅400w/mk
    ◆電子遷移率超過15000cm2/VS 硅1400cm2/v·s
    ◆電阻率約10^-6 Ω·cm
    ◆透光率高達98%
    ◆實測彈性模量為1060Gpa ◆良好的結晶性
    ◆半整數的量子霍爾效應 ◆永不消失的電導率


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