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中国引领造出超级新材料

发布时间:2021-02-22 15:35:01 阅读: 来源:滤纸厂家

中国引领造出超级新材料

它可以让“薄得像纸一样的透明手机”、“一分钟充完电的电池”、“像衬衣一样的防弹衣”等“科幻产品”变成现实。

石墨烯,这个让大部分公众感到陌生的名字,一直是全球多国科学家都在竞相研究的课题。它是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料,它只有一个碳原子那么厚,是已知、能看得见的最薄纳米级材料。

石墨烯在2004年才正式被发现的新材料,两名英国发现者因此获得2010年诺贝尔物理学奖。而这种特殊结构让它从被发现之初,就获得多个世界之最:有史以来最结实的材料,其强度是钢的100多倍;电子传导率最快的材料,比硅材料快140倍;它还是最轻的固体物质、室温下导电性能最好的材料、具有97.7%的透光率……

最重要的是,它可以让“薄得像纸一样的透明手机”、“一分钟充完电的电池”、“像衬衣一样的防弹衣”等“科幻产品”变成现实。

然而,由于制造成本太昂贵,一度超过黄金价格几十倍,使它无法投入应用。

近日,中航工业航材院(以下简称航材院)相关人士向《环球时报》透露,他们成功利用石墨烯与铝合金在全球率先研制出“烯合金”,宣布新一代具备特殊性能的系列材料问世,或许将对未来航空航天器带来革命性变革。

除了制造电子设备外,石墨烯的高强度、高韧性也为材料学带来新变革,这对于“尽力减少每一克重量”的飞机制造业来说尤其重要。航材院利用铝合金粉和石墨烯粉以一定比例混合后制造出的“烯合金”,其屈服强度和抗拉强度分别提高58%和25%,在世界上首创利用石墨烯制造高端合金材料的新途径。

据介绍,该研究团队下一步还将利用石墨烯提高钛合金等金属的性能,有望给飞机材料带来新的变革。

另外,中科院合肥研究院智能所仿生功能材料与传感器件研究中心的科研人员近日在去除水环境中重金属污染物研究方面也取得新的突破,他们制备出一种新型石墨烯纳米复合材料,可快速、高效去除水中钴离子。

水中重金属离子钴,在高浓度时会引起很多严重的健康问题,如低血压、瘫痪、腹泻和骨缺陷,也会导致活细胞的基因突变,此外,放射性钴-60还是重要的核污染物。

智能所科研人员为找出怎样能更加高效去除水中钴离子进行了系统的研究,制备了一种新型的氨基化氧化石墨烯纳米复合材料,并将其应用于去除钴离子的实验研究,经过大量实验证明,这种新型材料可以快速、高效地去除水中钴离子。

事实上,除了中国,其他各国科学家竞相投入对这种新材料的研发中,认为它将“颠覆世界电子行业的未来”。

仅今年5月,就有新加坡南洋理工大学宣布研制出光感提高1000倍的石墨烯图像传感器;英国利物浦大学研制的石墨烯新材料有望取代由硅制成的晶体管……苹果、三星等公司正试图利用石墨烯材料的导电和透明特性,制造像一张纸那么薄的透明手机,而且还不怕弯曲。利用它能制造出大容量电池,一次充电足以让汽车行驶数百上千公里。

据报道,英国利物浦大学的科学家开发出一种与石墨烯相关的新材料,其具有改善电子设备中使用的晶体管的潜力。这种名为“三嗪基石墨相氮化碳”的新材料早在1996年就获得了理论预测,但这是它第一次被研制出来。

航材院研究人员称,尽管当前石墨烯的研究成果很多,但目前主要还停留在实验室阶段,距离工业化生产仍有相当距离。造成这种局面的很大原因是石墨烯的价格太贵,是等重黄金的15倍,因此又被称为“黑黄金”。

而据不完全统计,我国石墨矿储量占到世界总储量的75%,生产量占到世界总产量的72%,具备发展石墨烯产业的资源基础。

中科院宁波材料所从2008年就开始了石墨烯制备技术公关,目前已在石墨烯规模化制备和改性方面取得突破性进展,实现了石墨烯低成本规模化制备。2013年宁波墨西科技有限公司首期年产300吨的石墨烯生产线投产,是目前全球规模最大的石墨烯生产线。

据报道,航材院如今已经掌握了批量生产大尺寸、高质量石墨烯薄膜和高性能石墨烯粉末的技术,为石墨烯的大规模应用打下基础。

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