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石墨烯可以改變世界的11種方式

鴻凱智能 2019-09-24 | 閱讀：2578

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(shù)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(shù)革命,。
以下是幾個在不久的將來期待的深刻的石墨烯發(fā)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(xué)的Andre Geim及其同事已經(jīng)證明，石墨烯可以用來制造由空氣中提取的氫氣驅(qū)動的移動式發(fā)電機,。Geim的團隊發(fā)現(xiàn),，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(zhì)子傳導(dǎo)膜的效率,，質(zhì)子傳導(dǎo)膜是燃料電池技術(shù)的重要組成部分。Geim設(shè)想了一個未來,，在這個未來中,，車輛只能通過環(huán)境空氣中的少量氫氣來提供動力?！皬谋举|(zhì)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(yīng)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(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn),，石墨烯層可以阻止蚊子感知皮膚或汗液相關(guān)化學(xué)物質(zhì)的能力，提供了處理它們的不尋常的非化學(xué)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(fā)表在美國國家科學(xué)院院刊上,，最初專注于機械解決方案,，但很快發(fā)現(xiàn)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(xué)和該研究的主要作者布朗大學(xué)新聞發(fā)布會上說?！拔覀円呀?jīng)假設(shè)石墨烯是通過抗穿刺性進行叮咬的物理屏障,，但是當(dāng)我們看到這些實驗時，我們開始認為它也是一種化學(xué)屏障,，可以防止蚊子感覺到有人在那里,。”

下一步是研究創(chuàng)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(dāng)蚊子濕潤時，蚊子能夠?qū)⑺鼈兊氖鵂钗锘蛭故逞b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(shù)。麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)“這種材料的透水性比傳統(tǒng)的反滲透膜高幾個數(shù)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(fā)表的一項研究中,，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)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(shù)可以創(chuàng)造出干凈的飲用水,，無論它有多臟,，只需一步，”CSIRO科學(xué)家Dong Han Seo在一份聲明中說,?！八枰闹皇菬崃浚覀兊氖?，膜過濾器和小型水泵,。我們希望明年在發(fā)展中國家社區(qū)開展現(xiàn)場試驗?！?/p>

2019年在材料科學(xué)與工程C上發(fā)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(jù)Eureka Alert報道，俄羅斯國立科技大學(xué)（MISiS）和其他科學(xué)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(fù)使用。

4,、電子產(chǎn)品

由碳原子構(gòu)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(shè)備依靠硅作為關(guān)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(shè)備的速度將很快降至最低點,。然而,，石墨烯的超薄性質(zhì)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(shè)備中的硅,，使它們比以前更快,。

石墨烯還可以構(gòu)建超薄,，靈活的觸摸屏,，幾乎不會破碎。您永遠不必擔(dān)心再次破壞您的智能手機,。

石墨烯/碳納米管專用納米砂磨機

2018年,，麻省理工學(xué)院（MIT）和哈佛大學(xué)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(diào)整為在兩個極端電極下工作：作為絕緣體或超導(dǎo)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(dǎo)電流,。

“我們現(xiàn)在可以使用石墨烯作為研究非常規(guī)超導(dǎo)性的新平臺,，”麻省理工學(xué)院物理學(xué)副教授Pablo Jarillo-Herrero在一份聲明中說?！叭藗冞€可以想象用石墨烯制造超導(dǎo)晶體管,，你可以開關(guān)，從超導(dǎo)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(jīng)顯示出熱紅外光電探測器的前景,。

經(jīng)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?，F(xiàn)在，多虧石墨烯,，你可能會有“捕食者”的視野,。密歇根大學(xué)的研究人員開發(fā)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(chǎn)品結(jié)合在一起,，它會擴大您的視野，”開發(fā)該技術(shù)的研究人員之一趙朝暉說,?！八鼮槟峁┝肆硪环N與您的環(huán)境互動的方式?！?/p>

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(lǐng)域研究材料科學(xué)家Aravind Vijayaraghavan說,。

對石墨烯安全套的追求比一些倡導(dǎo)者預(yù)期的要慢,，但它仍在繼續(xù)。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(xiàn)了波瀾,，雖然這種努力有所減少,，但它已經(jīng)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(fā)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(jié)構(gòu),。

7.一個沒有生銹的世界

與某些現(xiàn)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(chǎn)品,，用于處理空氣，天氣元素或腐蝕性化學(xué)品的任何保護的行業(yè)，”開發(fā)該技術(shù)的研究人員之一Rahul Nair說,。例如,，醫(yī)療，電子和核工業(yè)甚至造船業(yè),，僅舉幾例,。“

8.發(fā)光壁紙

由于新的基于石墨烯的電極技術(shù)的發(fā)展使得顯示器比以前更薄,，因此發(fā)光的墻壁可以很快取代燈泡,。與燈泡相比，這種發(fā)光的“壁紙”在房間內(nèi)提供更舒適,，可調(diào)節(jié)的光線,，并且還可以使其更加節(jié)能。而且,，讓我們面對現(xiàn)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?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬電極,，未來的組件將更容易回收,，從而具有環(huán)境吸引力，”林雪平大學(xué)的納撒尼爾羅賓遜說,，該技術(shù)正在開發(fā)中,。

9.仿生人

如果您已經(jīng)感覺與您的技術(shù)過度集成，那么您還沒有看到任何東西,。石墨烯研究現(xiàn)在正在進行電子學(xué)可以與您的生物系統(tǒng)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(jīng)系統(tǒng)或與您的細胞交談,。

這可以帶來醫(yī)學(xué)科學(xué)的突破,，幫助醫(yī)生監(jiān)測您的身體，甚至調(diào)整您的生物系統(tǒng)以獲得最佳健康狀況,。該技術(shù)還可以幫助健身狂熱者追蹤和監(jiān)控他們的鍛煉方案,。

10.更好，更安全的染發(fā)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(fā),，其結(jié)構(gòu)模型也在右邊,。

這可能不會像其他一些應(yīng)用那樣改變世界，但石墨烯也有望作為有毒染發(fā)劑的更安全的替代品,。在2018年的一項研究中,，來自西北大學(xué)的研究人員報告說，石墨烯不僅可以匹配永久性染發(fā)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(xiàn),。最重要的是,，它可以為頭發(fā)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(fā)上,，讓它干燥10分鐘。將這些頭發(fā)涂在僅2微米厚的石墨烯薄膜上,，據(jù)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(xué)效果,，涂層不會對頭發(fā)或健康造成傷害,。

“這是一個受到好奇心啟發(fā)的想法。做起來非常有趣,，但當(dāng)我們開始研究它時聽起來并不那么大和高貴,，”西北大學(xué)材料科學(xué)家，資深作家黃嘉興說,。聲明,。“但是在我們深入研究染發(fā)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(yīng)用于制造改進的防彈背心,。果然，研究人員發(fā)現(xiàn)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(zhí)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(dǎo)致其他防彈表面的發(fā)展,，例如窗戶,。

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