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物理界称它为“黑金”,是强度最高材料之一,中国储量占全球77%
历史上曾发生过三次“工业革命”,每一次都给人类文明带来巨大的变革!对人类文明而言,工业革命带来的巨大变化足以使整个文明向前迈进一大步,第一次工业革命是蒸汽机的诞生,第二次是电力,第三次是原子能和电子计算机的发明。
人类的下一次工业革命会在什么时候到来,又会给我们的生活带来多大的改变呢?
除了能源,人类文明发展的最关键因素是什么?回答也许是“物质”,而许多人认为,下一种将会给人类带来第四次工业革命的材料,就是所谓的“黑黄金”——石墨烯。
两位英国科学家于年发现,用一种非常简单的方法就能得到石墨烯,这两位科学家在随后对石墨烯的研究中取得了重大突破,获得了年诺贝尔物理学奖。
石墨薄膜的出现至今已有十七年,为何这一注定要改变世界的材料不能横扫全球?
第一,我们来看一下石墨烯的优点,这种材料几乎是目前人类所知的最强的材料,在强度的同时,石墨烯还具有很好的韧性和拉伸性能,而且具有良好的电导率和热导率。由于石墨烯具有非常优异的性能,并且在许多领域都优于目前人类所使用的材料,因此我们可以说石墨烯是一种革命性的材料。更有许多人认为,石墨烯将取代硅,成为未来人类制造芯片的材料。
那么石墨烯到底是什么?简而言之,石墨烯仍然是石墨,仅仅是单层石墨而已。石墨是由数不清的单层石墨烯堆砌而成的,因为碳原子的排列方式不同,石墨的碳原子结构是片状石墨烯叠在一起的片层结构,当石墨受到外力时,如我们经常使用的铅笔状石墨,其叠层的碳原子很容易断裂。
但石墨烯是坚韧的,因为石墨烯是一种单层碳原子结构,它由六角蜂窝状碳原子结合而成,具有极强的稳定性和强度,一层石墨烯的厚度约为0.35纳米,相当于一个碳原子的厚度,因此被称为石墨烯的“二维材料”。
硬质钻石和软质石墨都是由碳原子构成的,它们的强度不同,这是因为碳原子的排列方式不同,如果能将单层石墨分开,那一定是一种很有用的优良材料,这种思想在科学家中流传已久,但还没有科学家能将石墨从单层中剥离出来。
在年之前,科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫就曾用一种非常特别而简单的方法,首次创造了石墨烯。将石墨粉涂在胶带上,然后将另一条干净的胶带与这条胶带粘合起来,接着将胶带撕开,不断地重复这一过程,最终得到单层结构的石墨粉,即石墨烯,看似简单,却解决了世界难题!
石墨烯的出现打破了“二维晶体”在现在的科学条件下无法被制造出来的认知,原本科学家认为,二维晶体只能在绝对零度的状态下稳定存在,可是石墨烯可以在实验中被制造出来是一个不争的事实,这种材料的出现不仅仅给我们提供了一种强度高性能好的新材料,还帮助了物理学家重新认知了原子结构状态的存在问题。
目前石墨烯面对的最大难题就是产量和尺寸,并且现在市场上大多数石墨烯其实并不是存储的单层石墨烯,而是复合型的多层石墨烯,并没有发挥出单层石墨烯的优秀性能,也就是说其实现在的石墨烯技术还不算成熟,没有完成从实验室走向工厂的过程。
由于具有强大的性能和实用性,未来必将改变世界,而全球石墨矿脉大多分布在中国,我国石墨储量占全球的77%,如果未来科技能取得全新的突破,我国的石墨矿将给我们带来巨大的优势!
现在,世界上对石墨烯的生产还没有真正成熟起来,似乎什么都要用到石墨烯沾点边,但这些所谓的“石墨烯产品”并没有起到很好的作用,许多人认为石墨烯被吹捧得太过严肃。但没人能否认,石墨烯这一材料如果真的能完全使用方便的话,将会带来巨大的变化。
目前,物理学作为自然科学的两大支柱之一,在众多学科之中,物理学越来越重要。但是对于大多数人来说,物理是最难的学科。其中抽象的概念、物理原理,令许多孩子苦不堪言。
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