什么材料的密度為鋼的5％但強(qiáng)度卻是鋼的10倍

研究人員通過(guò)對(duì)石墨烯片進(jìn)行熱和壓力的壓縮，他們最終得到一種堅(jiān)固而穩(wěn)定、有點(diǎn)像珊瑚的結(jié)構(gòu)。隨即，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)：正是這種不尋常的、類似珊瑚的形狀，使得壓縮后的石墨烯變得如此之強(qiáng)，而不是材料本身的性質(zhì)。因此，通過(guò)在塑料等其他更便宜的材料上復(fù)制這種3D形式，科學(xué)家可以更低的成本實(shí)現(xiàn)類似于石墨烯的強(qiáng)度。當(dāng)把石墨烯結(jié)構(gòu)壓縮至極限時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)他們得到了一種令人難以置信的堅(jiān)固材料，其密度為鋼的5％，但強(qiáng)度卻是鋼的10倍。通過(guò)分析壓縮后的石墨烯片的幾何排列，研究人員能用3D打印機(jī)部分重現(xiàn)這種最強(qiáng)材料。石墨烯有如此優(yōu)良特性，它會(huì)替代鋼鐵嗎？石墨烯的熱度在不斷上升自2004年康斯坦丁博士通過(guò)膠帶從石墨上分離出石墨烯以來(lái)，關(guān)于石墨烯的話題就在不斷升溫。近些年，各類媒體鋪天蓋地的報(bào)道終于將石墨烯推向了話題的風(fēng)口浪尖——醫(yī)療、地產(chǎn)、汽車、計(jì)算機(jī)、生物等行業(yè)都與此有關(guān)。一時(shí)間，石墨烯幾乎成為了前沿科技的代名詞，貌似在對(duì)外宣傳時(shí)不搭上石墨烯就不算高科技產(chǎn)業(yè)。石墨烯為何如此之火，真的會(huì)成為繼“煤炭、鋼鐵、硅”之后人類的第四大材料嗎？讓現(xiàn)實(shí)發(fā)展給我們答案吧。第一種由單層原子構(gòu)成的材料碳原子之間相互連接成六角網(wǎng)格。鉛筆里用的石墨就相當(dāng)于無(wú)數(shù)層石墨烯疊在一起，而碳納米管就是石墨烯卷成了筒狀。由于碳原子之間化學(xué)鍵的特性，石墨烯很頑強(qiáng)：可以彎曲到很大角度而不斷裂，還能抵抗很高的壓力。而因?yàn)橹挥幸粚釉?，電子的運(yùn)動(dòng)被限制在一個(gè)平面上，為它帶來(lái)了全新的電學(xué)屬性。石墨烯在可見(jiàn)光下透明，但不透氣。這些特征使得它適合作為保護(hù)層和透明電子產(chǎn)品的原料。石墨烯的出現(xiàn)不亞于一次小型的能源革命石墨烯特殊的物理結(jié)構(gòu)為其帶來(lái)了優(yōu)良的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性，因此，也是世界上電阻率最小的材料。所以，使用石墨烯制作的電池能量密度將高達(dá)600Wh/kg，而目前最先進(jìn)的鋰電池也僅為180Wh/kg。比如，石墨烯電池可以充電5分鐘，通話24小時(shí)。再加上石墨烯電池相對(duì)于傳統(tǒng)鋰電八分之一的重量和兩倍的壽命，聯(lián)想一下現(xiàn)今手機(jī)、電動(dòng)汽車等行業(yè)的發(fā)展瓶頸……在未來(lái)最值得期待的領(lǐng)域——生物工程領(lǐng)域，石墨烯或?yàn)槿祟惓?jí)明星。美國(guó)博伊西州立大學(xué)發(fā)表了一篇《石墨烯泡沫為肌管生長(zhǎng)提供三維平臺(tái)》的文章，研究了石墨烯泡沫在肌肉組織中的應(yīng)用。結(jié)果表明石墨烯泡沫，適宜作為生長(zhǎng)官能肌肉組織的支架材料。石墨烯本身是一種薄的碳層，所以被認(rèn)為是二位的平面材料，然而石墨烯泡沫是以石墨烯為原料的3D石墨烯。最終，研究人員把石墨烯和石墨烯泡沫的獨(dú)特性能，用在人體器官再生上。過(guò)去的研究已經(jīng)證實(shí)了可以在石墨烯泡沫上生長(zhǎng)骨和軟骨，但這只是石墨烯泡沫與肌肉生長(zhǎng)相容性的第一歩研究。博伊西州立大學(xué)的材料科學(xué)與工程學(xué)院助理教授埃斯特拉達(dá)說(shuō)：“我們希望能通過(guò)這些結(jié)果調(diào)查生命基本的化學(xué)變化，來(lái)向臨床應(yīng)用推進(jìn)?！蔽磥?lái)通過(guò)石墨烯泡沫這種新型材料，可能會(huì)成為控制肌肉的開(kāi)關(guān)，和控制肌肉的神經(jīng)類似，為殘疾人帶來(lái)福利也可能不會(huì)是空想了。美國(guó)麻省理工學(xué)院研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了類似飛機(jī)超過(guò)音速時(shí)產(chǎn)生音爆的過(guò)程：電荷流過(guò)石墨烯，在某種情況下，能超過(guò)減慢了的光速，形成一種光“爆”，一種強(qiáng)烈的聚焦光束。這種全新的將電能轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光輻射方式是高度可控的，并且快速有效。研究人員表示，這種方式可能會(huì)帶來(lái)各種新的應(yīng)用。研究人員表示：“石墨烯能通過(guò)我們稱之為表面等離子體的方式捕獲光。等離子體是代表了表面電子振蕩的虛擬粒子。這些穿過(guò)石墨烯的等離子體的速度比在自由空間光的速度慢幾百倍?！边@種特性也為石墨烯產(chǎn)生相反的效果提供了可能性：形成光而不是捕獲光。許多科學(xué)研究向我們展示了石墨烯的驚人特征，但有一個(gè)陷阱。這些美妙的特性對(duì)樣品質(zhì)量要求非常高。要想獲得電學(xué)和機(jī)械性能都最佳的石墨烯樣品，需要費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢的手段：機(jī)械剝離法——先用膠帶粘到石墨上，再手工把石墨烯剝下來(lái)。雖然技術(shù)含量不高，但問(wèn)題是成功率也不高，弄點(diǎn)兒樣品做研究還可以，工業(yè)化生產(chǎn)？哪怕?lián)碛腥澜绲氖V，一天又能剝下來(lái)幾片……難道只能用膠帶一遍又一遍的粘么？當(dāng)然現(xiàn)在我們也有很多其他方法來(lái)增加產(chǎn)量、降低成本。液相剝離法：把石墨或者類似的含碳材料放進(jìn)表面張力超高的液體里，然后超聲轟炸把石墨烯“雪花”炸下來(lái)?；瘜W(xué)氣相沉積法：讓含碳的氣體在銅表面上冷凝，形成的石墨烯薄層再剝下來(lái)。直接生長(zhǎng)法：在兩層硅中間直接設(shè)法長(zhǎng)出一層石墨烯來(lái)。還有化學(xué)氧化還原法：靠氧原子的插入把石墨片層分離，如此等等。麻煩之處在于，使用這些辦法，產(chǎn)品質(zhì)量又不能保證?？梢哉f(shuō)，方法有很多，也各自有各自的適用范圍，但是迄今為止還沒(méi)有真的能適合工業(yè)化大規(guī)模推廣生產(chǎn)的技術(shù)。石墨烯的“泡沫化”隱憂幾年時(shí)間里，石墨烯就已在國(guó)內(nèi)以迅猛之勢(shì)發(fā)展起來(lái)，不覺(jué)讓人們驚奇石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度之快、產(chǎn)品性能之好。但是在這些“光環(huán)”和驚奇的背后，也不禁使人質(zhì)疑。石墨烯產(chǎn)業(yè)目前來(lái)說(shuō)是先導(dǎo)領(lǐng)域，還沒(méi)真正形成自己的產(chǎn)業(yè)，發(fā)展背后也還存在著一定的困難和問(wèn)題。目前石墨烯產(chǎn)業(yè)的這種“紅火”現(xiàn)象也透露出了資本的過(guò)度炒作。石墨烯概念炒得太火，某些新聞缺乏客觀性，導(dǎo)致相關(guān)部門或企業(yè)對(duì)于石墨烯的認(rèn)識(shí)存在誤區(qū)，造成一種好像很簡(jiǎn)單，“短平快”一夜暴富的氛圍。甚至有人至今仍然搞不清楚石墨烯與石墨的區(qū)別。毫無(wú)疑問(wèn)，石墨烯會(huì)在未來(lái)發(fā)揮巨大的作用。經(jīng)過(guò)幾年發(fā)展，我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)基本形成以江蘇省為聚合區(qū)，其它多地碎片化存在的產(chǎn)業(yè)格局。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)石墨礦儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的75%，生產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的72%，是我國(guó)少有的幾種具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的礦產(chǎn)之一。我國(guó)在石墨烯制備、手機(jī)觸摸屏、鋰離子電池以及復(fù)合材料等領(lǐng)域都取得了一定的研究成果，在一些領(lǐng)域處于國(guó)際先進(jìn)水平。目前，我國(guó)一些石墨烯龍頭企業(yè)發(fā)展水平位居世界前列。長(zhǎng)期以來(lái)，有著“黑金子”之稱的石墨烯主要在實(shí)驗(yàn)室以克為單位小批量生產(chǎn)，每克售價(jià)高達(dá)5000元。常州某公司2013年開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)首條大規(guī)模宏量制備、全自動(dòng)控制的粉體石墨烯生產(chǎn)線，年產(chǎn)能達(dá)100噸，致使石墨烯價(jià)格下降為每克1~3元，讓石墨烯大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用成為可能。產(chǎn)業(yè)發(fā)展亮點(diǎn)頻現(xiàn)的同時(shí)，一些急功近利現(xiàn)象值得警惕。當(dāng)下，國(guó)際鼓勵(lì)發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)，石墨烯成為其有力支撐，加之其巨大的商業(yè)價(jià)值，政企高漲的投資熱情致使