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石墨烯可以改變世界的11種方式

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-09-04
核心提示:自2004年首次被研究人員孤立以來,涉及石墨烯的專利清單每年都呈指數級增長。可能不久之后,這種超級材料催生了一場真正改變世界的技術革命。
       石墨烯可能是世界上最有用的材料之一。雖然它只有一個碳原子厚,但它比鋼強許多倍,并且高度靈活。
       自2004年首次被研究人員孤立以來,涉及石墨烯的專利清單每年都呈指數級增長。可能不久之后,這種超級材料催生了一場真正改變世界的技術革命。
以下是幾個在不久的將來期待的深刻的石墨烯發明。
  
1.來自空氣的燃料
     同樣獲得諾貝爾石墨烯隔離獎的研究人員,曼徹斯特大學的Andre Geim及其同事已經證明,石墨烯可以用來制造由空氣中提取的氫氣驅動的移動式發電機。Geim的團隊發現,盡管石墨烯即使是最小的原子也是不可滲透的,但它可用于篩選剝離其電子的氫原子。
       這意味著石墨烯薄膜可用于極大地提高質子傳導膜的效率,質子傳導膜是燃料電池技術的重要組成部分。Geim設想了一個未來,在這個未來中,車輛只能通過環境空氣中的少量氫氣來提供動力。“從本質上講,你從大氣中抽出燃料并從中獲取電力,”Geim說。 
2.防蚊蟲
 
        埃及伊蚊可能是致命的,但石墨烯似乎有一些保護的承諾。
 
        與燃料電池相同的不可滲透性提高了石墨烯的其他潛在用途,包括防止蚊子叮咬。在這個應用程序中,研究人員找到了阻止這些致命昆蟲的兩種途徑。
 
        布朗大學的研究人員發現,石墨烯層可以阻止蚊子感知皮膚或汗液相關化學物質的能力,提供了處理它們的不尋常的非化學方法的潛力。最重要的是,這些層提供了蚊子根本無法咬住的物理屏障。他們的工作發表在美國國家科學院院刊上,最初專注于機械解決方案,但很快發現了石墨烯的其他秘密能力。
 
        “有了石墨烯,蚊子甚至沒有落在皮膚上 - 它們似乎并不在意,”Cintia Castillho博士說。布朗大學和該研究的主要作者布朗大學新聞發布會上說。“我們已經假設石墨烯是通過抗穿刺性進行叮咬的物理屏障,但是當我們看到這些實驗時,我們開始認為它也是一種化學屏障,可以防止蚊子感覺到有人在那里。”
 
        下一步是研究創建一種石墨烯屏障的版本,該圖案在潮濕時與干燥時一樣有效,因為當蚊子濕潤時,蚊子能夠將它們的束狀物或喂食裝置穿過織物。
 
3.更多可用的飲用水
 
       石墨烯可以幫助解決世界水危機。由石墨烯制成的膜可以大到足以讓水通過,但是小到足以過濾掉鹽。換句話說,石墨烯可以徹底改變海水淡化技術。麻省理工學院的研究人員發現“這種材料的透水性比傳統的反滲透膜高幾個數量級,納米多孔石墨烯可能對水凈化有重要作用。”
 
       事實上,一種石墨烯已被證明在水過濾方面非常有效,它使得悉尼港的水樣在通過過濾器后只能安全飲用一次。在Nature Communications上發表的一項研究中,澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)的研究人員使用一種稱為“Graphair”的石墨烯,使海水在單次處理后可以飲用。
 
       “這項技術可以創造出干凈的飲用水,無論它有多臟,只需一步,”CSIRO科學家Dong Han Seo在一份聲明中說。“所需要的只是熱量,我們的石墨烯,膜過濾器和小型水泵。我們希望明年在發展中國家社區開展現場試驗。”
 
       2019年在材料科學與工程C上發表的其他研究使這一概念更進了一步,使得對氯化的需求過時了。據Eureka Alert報道,俄羅斯國立科技大學(MISiS)和其他科學家表示,將氧化石墨烯注入含有大腸桿菌的溶液中,石墨烯通過形成薄片“捕獲”細菌。一旦將薄片從溶液中撈出,水就可以飲用,石墨烯甚至可以重復使用。
 
4、電子產品
        由碳原子構成的六邊形石墨烯晶格。
 
        忘記硅谷; 未來可能會停留在石墨烯谷。今天,我們的電子設備依靠硅作為關鍵部件,但是由硅制成的晶體管接近其有效的最小尺寸,這意味著我們的設備的速度將很快降至最低點。然而,石墨烯的超薄性質可能是這個問題的答案。石墨烯可能不久就會取代我們的電子設備中的硅,使它們比以前更快。
 
        石墨烯還可以構建超薄,靈活的觸摸屏,幾乎不會破碎。您永遠不必擔心再次破壞您的智能手機。
 
        2018年,麻省理工學院(MIT)和哈佛大學的研究人員透露,石墨烯可以具有更令人驚訝的電子特性。它可以調整為在兩個極端電極下工作:作為絕緣體或超導體。換句話說,相同的材料可以阻擋電子流動或者在沒有電阻的情況下傳導電流。
 
       “我們現在可以使用石墨烯作為研究非常規超導性的新平臺,”麻省理工學院物理學副教授Pablo Jarillo-Herrero在一份聲明中說。“人們還可以想象用石墨烯制造超導晶體管,你可以開關,從超導到絕緣。這為量子器件開辟了許多可能性。”
 
5.捕食者的愿景
       石墨烯已經顯示出熱紅外光電探測器的前景。
 
       經典的科幻動作片“捕食者”以外星刺客為特色,能夠通過熱紅外線看世界。現在,多虧石墨烯,你可能會有“捕食者”的視野。密歇根大學的研究人員開發出一種石墨烯隱形眼鏡,可以讓佩戴者感知整個紅外光譜 - 加上可見光和紫外光。
 
       “如果我們將它與隱形眼鏡或其他可穿戴電子產品結合在一起,它會擴大您的視野,”開發該技術的研究人員之一趙朝暉說。“它為您提供了另一種與您的環境互動的方式。”
 
6.更好的安全套
 
        石墨烯甚至可以改善你的性生活。由石墨烯制成的避孕套可以超薄,這意味著更多的感覺。它們也會超強,這意味著它們不太可能破裂 - 對任何安全套的真正考驗。
 
“如果這個項目成功,我們可能會使用石墨烯,它將以最親密的方式觸及我們的日常生活,”2013年石墨烯安全套領域研究材料科學家Aravind Vijayaraghavan說。
 
        對石墨烯安全套的追求比一些倡導者預期的要慢,但它仍在繼續。比爾和梅林達蓋茨基金會在2013年資助石墨烯避孕套的研究時出現了波瀾,雖然這種努力有所減少,但它已經顯示出足夠的承諾來獲得額外的資金。與此同時,至少有一家公司采用“ 石墨烯啟發的避孕套” 加入了潮流,實際上并沒有使用石墨烯,而是借用了六邊形結構。
 
7.一個沒有生銹的世界
 
        與某些現有方法相比,石墨烯可提供低毒性的防銹選擇。
 
由于石墨烯實際上是不可滲透的,因此有一天可以使用一層石墨烯基涂料來消除腐蝕和生銹。研究人員甚至表明,用石墨烯涂料覆蓋的玻璃器皿或銅板可用作強腐蝕性酸的容器。
 
      “石墨烯涂料很有可能成為一個真正具有革命性的產品,用于處理空氣,天氣元素或腐蝕性化學品的任何保護的行業,”開發該技術的研究人員之一Rahul Nair說。例如,醫療,電子和核工業甚至造船業,僅舉幾例。“
 
8.發光壁紙
 
       由于新的基于石墨烯的電極技術的發展使得顯示器比以前更薄,因此發光的墻壁可以很快取代燈泡。與燈泡相比,這種發光的“壁紙”在房間內提供更舒適,可調節的光線,并且還可以使其更加節能。而且,讓我們面對現實,似乎沒有什么比照亮“Tron”般的墻壁更具未來感。
 
      “通過使用石墨烯代替傳統的金屬電極,未來的組件將更容易回收,從而具有環境吸引力,”林雪平大學的納撒尼爾羅賓遜說,該技術正在開發中。
 
9.仿生人
 
        如果您已經感覺與您的技術過度集成,那么您還沒有看到任何東西。石墨烯研究現在正在進行電子學可以與您的生物系統整合的實驗。基本上,可能很快就可以植入石墨烯小工具,可以讀取您的神經系統或與您的細胞交談。
 
        這可以帶來醫學科學的突破,幫助醫生監測您的身體,甚至調整您的生物系統以獲得最佳健康狀況。該技術還可以幫助健身狂熱者追蹤和監控他們的鍛煉方案。
 
10.更好,更安全的染發劑
       這張照片顯示了在石墨烯基顏料染色之前(左)和之后(右)的金色毛發,其結構模型也在右邊。
 
       這可能不會像其他一些應用那樣改變世界,但石墨烯也有望作為有毒染發劑的更安全的替代品。在2018年的一項研究中,來自西北大學的研究人員報告說,石墨烯不僅可以匹配永久性染發劑的性能,而且可以在沒有任何有機溶劑或有毒分子成分的情況下實現。最重要的是,它可以為頭發提供增強的抗菌,抗靜電和散熱性能。
 
       研究人員將氧化石墨烯凝膠噴在金色的人發上,讓它干燥10分鐘。將這些頭發涂在僅2微米厚的石墨烯薄膜上,據報道即使在30次洗滌后也留在原位。該研究的作者說,抗靜電性能可以提供進一步的美學效果,涂層不會對頭發或健康造成傷害。
 
       “這是一個受到好奇心啟發的想法。做起來非常有趣,但當我們開始研究它時聽起來并不那么大和高貴,”西北大學材料科學家,資深作家黃嘉興說。聲明。“但是在我們深入研究染發劑后,我們意識到,哇,這實際上并不是一個小問題。石墨烯真的可以幫助解決這個問題。”
 
11.防彈盔甲
 
         鑒于石墨烯的薄和強度,它似乎也不可避免地應用于制造改進的防彈背心。果然,研究人員發現石墨烯片的吸收力是凱夫拉爾的兩倍,后者是防彈背心中常用的材料。同樣是對Kevlar的改進,石墨烯超輕,因此對磨損的限制較少。這一突破可以幫助我們的士兵和執法人員在被解雇時保持安全。石墨烯的薄薄特性甚至可以導致其他防彈表面的發展,例如窗戶。
 
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