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石墨烯成史上最強材料 可作防彈衣材料

發(fā)布時間: 2014-12-15 08:20:50    來源: 科技日報
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[摘要]十年前,人們首次分離出了世界最薄、最強的材料石墨烯,對它進行了上百種用途的實驗,包括電池、夜視鏡、醫(yī)學(xué)掃描設(shè)備、光探測器甚至避孕套。

 

  十年前,人們首次分離出了世界最薄、最強的材料石墨烯,對它進行了上百種用途的實驗,包括電池、夜視鏡、醫(yī)學(xué)掃描設(shè)備、光探測器甚至避孕套。直到今天,這種材料仍不斷帶給我們驚喜。在最近出版的《自然》和《科學(xué)》雜志上,英國和美國科學(xué)家分別發(fā)表新論文,一篇指出石墨烯雖然不透水,卻能讓質(zhì)子通過,因此有可能用在燃料電池里作超薄濾膜;另一篇稱石墨烯承受子彈沖擊的性能勝過鋼鐵和防彈衣材料。

  據(jù)自然網(wǎng)站近日報道,因發(fā)明石墨烯實驗獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎的英國曼徹斯特大學(xué)材料科學(xué)家安德烈·蓋姆說,質(zhì)子通過石墨烯的能力顯示,石墨烯可以作為把氫氣從空氣中分離的濾網(wǎng),有助于從燃料電池的氫里獲取電量。他們的論文發(fā)表在《自然》雜志上。石墨烯可以作質(zhì)子過濾膜。

  燃料電池能把氫氣分解為質(zhì)子和電子,從而把存儲在氫中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電力:電子沿外部電線形成電流,質(zhì)子則通過電池內(nèi)部的膜流動。目前電池中的膜,如商用納菲薄膜(Nafion)約10微米厚,仍不能完全防止氫泄露,也讓質(zhì)子無法順暢流動,減損了電力。如有一種超強超薄濾膜,就能一下解決這兩個問題。蓋姆說,這正是石墨烯的優(yōu)勢。

  但有燃料電池專家指出,這項研究還在理論論證階段,能否立即應(yīng)用還要小心謹(jǐn)慎。此外還要考慮怎樣生產(chǎn)出足夠純凈、大片的石墨烯層,成本和壽命等因素。

  蓋姆小組用石墨烯膜從水中過濾了純凈氫氣。蓋姆說,這種技術(shù)還可能從空氣中分離氫氣,“這還屬于推測,不過在發(fā)表論文之前,它還在科幻階段。”去年,研究人員證明了一種堆疊的石墨烯氧化膜能產(chǎn)生微小通道,從二氧化碳或氮氣中過濾氫氣。

  《科學(xué)》雜志上的論文稱,石墨烯有望用作防彈衣材料。通過用金剛石探針檢測它的單層抵抗力,人們已知石墨烯屬于世界上最強的材料。最近,美國科學(xué)家首次用一種硅石球來射擊石墨烯,檢驗它承受沖擊的能量。他們發(fā)現(xiàn),石墨烯層能在破碎之前迅速分散沖擊力,中斷通過材料的外展波。論文合著者、美國萊斯大學(xué)的埃德溫·托馬斯說,這種效應(yīng)的上限是聲音在材料中傳播的速度,在堅硬輕質(zhì)的石墨烯中,聲速為22千米/秒,而在空氣中是332米/秒。以石墨烯層為基礎(chǔ)的復(fù)合材料及其他輕質(zhì)高強材料有望成為一種“很有前景的盔甲系統(tǒng)”。

  英國國家石墨烯研究所商業(yè)主管詹姆斯·貝克指出,在所有實驗中,工業(yè)合作者最關(guān)心的是制造:石墨烯層或含石墨烯的復(fù)合材料能否大規(guī)模制造,并使產(chǎn)品有過硬的質(zhì)量和可靠的標(biāo)準(zhǔn)。

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