追寻石墨烯足迹：石墨烯离我们并不远
- 2021/7/21 15:56:18 17964
- 来源：化工仪器网
【仪表网 仪表产业】导读：石墨烯，一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，自从2004年被发现后，它所体现的出来的特性已经超越很多现有的产品，其强悍的材料特性已经被科学界赋予厚望。
石墨烯的性能
石墨烯是迄今为止发现的最硬的材料，被称为“黑金”，因其在导电性、导热性、厚度、柔软度等性能上都具有优势，因此被认为是一种未来革命性的材料。石墨烯导热性较高，根据实验结果表明，石墨烯的导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石。它的结构特点决定让它几乎是完全透明的，只能吸收到2.4%的光。采用石墨烯材料制成的导热膜片可以实现电池与环境间的有效散热。相对于传统的石墨片导热更快，可折叠性更好。
导电性强是石墨烯的又一优点，在常温的情况下，石墨烯的电子迁移率超过15000cm2/V·s。远高于纳米碳管和矽晶体，而且电阻只有10-6Ω-cm,比铜或者银更低。石墨烯虽然很薄，但是比橡胶柔软。石墨烯的发现者，2010年的诺贝尔物理学奖获得者安德烈海姆曾讲过，石墨的材料特性决定其可以被无限拉伸，同时弯曲到很大的角度也不会断裂。
石墨烯在生活中的应用
提起石墨烯，很多人觉得很陌生，认为这种新型材料远在科技前端，与我们并无多大关系。其实不然，石墨烯早已经融入到医学、居家、通信、环境等各个领域中，与我们的日常生活息息相关。
抗菌口罩：对抗新冠病毒
由于新冠疫情的肆虐，各行各业的发展都有意无意的向抗疫倾斜，世界各地的研究人员和公司开始与新冠疫情抗争，许多人正在重新审视石墨烯，将其作为具有赢得这场斗争的重要材料。疫情期间新推出的石墨烯的抗菌口罩有三层组成：两层棉，中间为特殊的石墨烯织物混合物，关键的中间层可以增强对COVID-19和其他危险空气传播病毒的防护。
取暖设备：对抗寒冷冬日
石墨烯材料拥有较强的导电导热性能，热转化率高，可实现即用即热的快速升温体验，也是理想的电暖发热材料。美的已经将石墨烯取暖应用于美的取暖地毯、抱枕等多个产品中，依靠石墨烯发热内芯的石墨烯地暖设备，也拥有着很好的取暖效果。另外石墨烯地毯也具有加热快速、节能省电的优点。以美的石墨烯热毯为例，相比传统电热毯，拥有石墨烯涂层加持的美的热毯导热更快，3秒就能加热，可以迅速将热量传到人体身上，24V的低电压耗电也更少。
锂电池：提升充电能力
基于石墨烯的各项特殊理化性质，石墨烯在电极材料研究领域开发潜力巨大，目前较为常见的锂离子电池正极材料多为磷酸铁锂材料，但其电导率差、锂离子迁移率较低。若将磷酸铁锂材料与石墨烯复合，可以改善其导电能力，提高充电性能。
例如小米10就是运用石墨烯材料提升电池的充电能力。石墨烯在锂离子电池正极材料上应用具有较大的收益，特别是其二维片层结构可以和活性物质实现 “面接触”，能够构筑整个电极上的 “长程导电”。同时石墨烯电子高度离域，形成较好的能带结构，导电率高达 >103S/m。相比之下，传统导电碳黑仅能实现 “点接触”，需要较大的含量才可形成电子的连续传输。因此石墨烯具有较低的导电阈值，使用较少量即可降低电池的欧姆阻抗。
可穿戴设备：实现远程医疗
石墨烯良好的导电性和柔软度使其成为可穿戴设备市场的优先选择。石墨烯导电油墨可以廉价地大量生产，并可以打印到各种材料中，包括衣服和纸张。在医院里，患者在胳膊上佩戴一个打印的石墨烯RFID标签，可以感应到患者的体温和心率，并将数据传送到读取器。医护人员可以无线监测患者的身体状况，简化了病人护理的程序。
在养老院，石墨烯传感器可以放到老年人的衣服里。这些传感器可以感测并收集老年人的健康状况并将数据送到监测访问点，实现远程医疗护理，提高生活质量。
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