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新型材料“石墨烯” 究竟能做什么

星之球激光 來源:中國國防報-軍事特刊2015-04-07 我要評論(0 )   

  說起新型材料,當(dāng)屬石墨烯最火。冠在石墨烯頭上各種最字打頭的名號讓人驚訝不已,柔韌性最好、強(qiáng)度最高、已知的最薄、透明度

  說起新型材料,當(dāng)屬石墨烯最火。冠在石墨烯頭上各種“最”字打頭的名號讓人驚訝不已,柔韌性最好、強(qiáng)度最高、已知的最薄、透明度最高、導(dǎo)熱性最好等等……真的有這么神奇嗎?石墨烯到底是什么材料,在軍事上有何應(yīng)用?看完本文你就懂了。
  石墨烯是什么?
  提到石墨,大多數(shù)人都很熟悉。物理學(xué)上解釋稱,石墨是由碳元素組成的一種層狀結(jié)構(gòu)的材料,每一層都是由無數(shù)碳原子排列成緊密的蜂窩狀六邊形平面網(wǎng)絡(luò)組成,層與層之間的作用力較弱,因此很容易剝離開來,形成很薄的石墨片。石墨烯就是指被層層剝離后,剩下的單層(一層)石墨片,其厚度只有一個碳原子的大小,大約是0.34納米,被歸為一種納米材料。
  過去很長時間內(nèi),科學(xué)家一直認(rèn)為,石墨烯只是一種物理假設(shè),因?yàn)樗鼰o法在有限溫度下穩(wěn)定存在。直至2004年,兩位英國科學(xué)家通過簡單的“機(jī)械剝離法”,在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用膠帶從石墨表面生生“撕”出石墨烯后,才證實(shí)了它可以單獨(dú)存在,同時也得到石墨烯的制備方法。他們所用的石墨烯制備方法再簡單不過了:先從石墨中剝離出非常薄的石墨片,將其兩面分別粘在一種特殊的膠帶上,手工撕開膠帶后將其一分為二,隨后不斷地這樣重復(fù)操作,石墨片會越來越薄,最后僅剩由一層碳原子構(gòu)成的薄片,石墨烯也就制備出來了。
  石墨烯的特性
  就是這樣用膠帶“撕”出來的石墨烯,給這兩位英國科學(xué)家?guī)砹酥Z貝爾獎,同時也在全球科學(xué)界掀起了石墨烯的研究熱潮??蒲邪l(fā)現(xiàn),石墨烯的這種單原子結(jié)構(gòu),使其具備了許多非同一般的神奇特性。
  首先,非常薄。石墨烯是目前已知最薄的納米材料。有多薄?1毫米厚的的石墨薄片,能剝離出多達(dá)300萬塊石墨烯。
  其次,透明度高,光敏感性好。石墨烯對紅外光、可見光、紫外光的透光率均達(dá)97.7%;其透光性在較寬的波長范圍內(nèi)都很好,被其吸收的光還能迅速轉(zhuǎn)化為其他波長的光。
  第三,密閉性好。不透氣、也不透水,對強(qiáng)堿、強(qiáng)酸等腐蝕性溶液有很強(qiáng)的抵御能力;能有效抑制細(xì)菌的生長。
  第四,強(qiáng)度高。石墨烯的強(qiáng)度是鉆石強(qiáng)度的2倍、鋼材的200倍,是已知硬度最高的材料。有人這樣打比方:將與食品保鮮膜薄厚一樣的石墨烯制品蓋在一只杯子上,想用鉛筆頭戳破它,得一頭大象站在鉛筆上才行。
  第五,韌性非常好。石墨烯是已知的最柔韌的材料,且抗壓力非常高。普通的石墨烯包裝袋可提起一輛2噸重的汽車。
  第六,電阻率低,是已知的導(dǎo)電性最好的材料,被稱為超強(qiáng)導(dǎo)體;它還是已知的最優(yōu)良的導(dǎo)熱體。此外,石墨烯的敏感性高,即使是微小的氣體分子吸附或釋放,都可以通過石墨烯上微小的電阻變化來檢測到。
  石墨烯都能干什么?
  石墨烯諸多非同尋常的特性,使得它在國防軍事上有著難以估量的應(yīng)用前景。
  1.利用石墨烯超薄超輕,抗壓力強(qiáng)的特性,石墨烯廣泛用于戰(zhàn)機(jī)、航天器等裝備上,也用于防彈衣、裝甲車輛的新材料中,減輕重量的同時能提高防護(hù)能力。它還可以制成特殊涂料,用于軍艦的艦體防護(hù)上,抵御海浪沖擊以及水氣、鹽霧等侵蝕,大幅提高武器裝備的抗腐蝕能力。
  2.利用石墨烯的透光性好,對環(huán)境敏感度高的特性,制成的高效光傳感器,用于紅外夜視儀和紅外熱像儀等光電探測裝備中;也可以生產(chǎn)導(dǎo)彈用的非冷卻紅外導(dǎo)引頭,提高導(dǎo)彈的精度和毀傷目標(biāo)的能力。
  3.利用石墨烯的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能,代替硅、鍺等材料,制成電容、晶體管、集成電路,成為新一代電子元件,用于超級計算機(jī)、雷達(dá)、通信設(shè)備等未來新型軍用電子裝備上;此外,還可以用來制作武器裝備上的大容量電池和太陽能設(shè)備,大大提升武器裝備的性能,減少對燃油的依賴。
  4.利用石墨烯高抗壓性和柔韌性能,用它來制作裝備上的儀表盤、屏幕面板,尤其是柔性屏幕,不僅清晰度高、安全性好、而且重量輕、便于折疊與攜帶;此外,石墨烯應(yīng)用在通信與導(dǎo)航用戶機(jī)、單兵偵察器材、可穿戴裝備上優(yōu)勢明顯。
  5.石墨烯良好的密閉性,不透氣透水,且能抑制細(xì)菌滋生,可用于制作戰(zhàn)地醫(yī)療物品、軍用食品包裝袋等。
  結(jié)束語
  石墨烯的問世不過短短的十余年光景,但其獨(dú)特的二維晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理、化學(xué)特性,使它迅速成為眾多領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),并在國防和軍事等領(lǐng)域扮演重要角色。雖然如此,石墨烯的進(jìn)一步更廣闊的的利用仍面臨很多問題需要解決。但正如石墨烯的發(fā)現(xiàn)者所言,石墨烯“前途是光明的、道路是曲折的”。未來石墨烯的很多應(yīng)用將被繼續(xù)發(fā)現(xiàn),成為真正的“萬能”材料,必將對國防和軍事領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。

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石墨烯材料應(yīng)用
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