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新型材料“纳米石墨烯” 究竟能做什么？

信息来源: http://kjnano.com　　时间:2018-9-30 15:12:15　

说起新型材料，当属石墨烯最火。冠在石墨烯头上各种“最”字打头的名号让人惊讶不已，柔韧性最好、强度最高、已知的最薄、透明度最高、导热性最好等等……真的有这么神奇吗？石墨烯到底是什么材料，在军事上有何应用？看完本文你就懂了。

石墨烯是什么？
提到石墨，大多数人都很熟悉。物理学上解释称，石墨是由碳元素组成的一种层状结构的材料，每一层都是由无数碳原子排列成紧密的蜂窝状六边形平面网络组成，层与层之间的作用力较弱，因此很容易剥离开来，形成很薄的石墨片。石墨烯就是指被层层剥离后，剩下的单层（一层）石墨片，其厚度只有一个碳原子的大小，大约是0.34纳米，被归为一种纳米材料。

过去很长时间内，科学家一直认为，石墨烯只是一种物理假设，因为它无法在有限温度下稳定存在。直至2004年，两位英国科学家通过简单的“机械剥离法”，在实验室内用胶带从石墨表面生生“撕”出石墨烯后，才证实了它可以单独存在，同时也得到石墨烯的制备方法。他们所用的石墨烯制备方法再简单不过了：先从石墨中剥离出非常薄的石墨片，将其两面分别粘在一种特殊的胶带上，手工撕开胶带后将其一分为二，随后不断地这样重复操作，石墨片会越来越薄，最后仅剩由一层碳原子构成的薄片，石墨烯也就制备出来了。

石墨烯的特性
就是这样用胶带“撕”出来的石墨烯，给这两位英国科学家带来了诺贝尔奖，同时也在全球科学界掀起了石墨烯的研究热潮。科研发现，石墨烯的这种单原子结构，使其具备了许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纳米材料。有多薄？1毫米厚的的石墨薄片，能剥离出多达300万块石墨烯。
其次，透明度高，光敏感性好。石墨烯对红外光、可见光、紫外光的透光率均达97.7%；其透光性在较宽的波长范围内都很好，被其吸收的光还能迅速转化为其他波长的光。
第三，密闭性好。不透气、也不透水，对强碱、强酸等腐蚀性溶液有很强的抵御能力；能有效抑制细菌的生长。
第四，强度高。石墨烯的强度是钻石强度的2倍、钢材的200倍，是已知硬度最高的材料。有人这样打比方：将与食品保鲜膜薄厚一样的石墨烯制品盖在一只杯子上，想用铅笔头戳破它，得一头大象站在铅笔上才行。
第五，韧性非常好。石墨烯是已知的最柔韧的材料，且抗压力非常高。普通的石墨烯包装袋可提起一辆2吨重的汽车。
第六，电阻率低，是已知的导电性最好的材料，被称为超强导体；它还是已知的最优良的导热体。此外，石墨烯的敏感性高，即使是微小的气体分子吸附或释放，都可以通过石墨烯上微小的电阻变化来检测到。

石墨烯都能干什么？
石墨烯诸多非同寻常的特性，使得它在国防军事上有着难以估量的应用前景。
1. 利用石墨烯超薄超轻，抗压力强的特性，石墨烯广泛用于战机、航天器等装备上，也用于防弹衣、装甲车辆的新材料中，减轻重量的同时能提高防护能力。它还可以制成特殊涂料，用于军舰的舰体防护上，抵御海浪冲击以及水气、盐雾等侵蚀，大幅提高武器装备的抗腐蚀能力。
2. 利用石墨烯的透光性好，对环境敏感度高的特性，制成的高效光传感器，用于红外夜视仪和红外热像仪等光电探测装备中；也可以生产导弹用的非冷却红外导引头，提高导弹的精度和毁伤目标的能力。
3. 利用石墨烯的导电性和导热性能，代替硅、锗等材料，制成电容、晶体管、集成电路，成为新一代电子元件，用于超级计算机、雷达、通信设备等未来新型军用电子装备上；此外，还可以用来制作武器装备上的大容量电池和太阳能设备，大大提升武器装备的性能，减少对燃油的依赖。
4. 利用石墨烯高抗压性和柔韧性能，用它来制作装备上的仪表盘、屏幕面板，尤其是柔性屏幕，不仅清晰度高、安全性好、而且重量轻、便于折叠与携带；此外，石墨烯应用在通信与导航用户机、单兵侦察器材、可穿戴装备上优势明显。
5. 石墨烯良好的密闭性，不透气透水，且能抑制细菌滋生，可用于制作战地医疗物品、军用食品包装袋等。

石墨烯的问世不过短短的十余年光景，但其独特的二维晶体结构和优异的物理、化学特性，使它迅速成为众多领域的研究热点，并在国防和军事等领域扮演重要角色。虽然如此，石墨烯的进一步更广阔的的利用仍面临很多问题需要解决。但正如石墨烯的发现者所言，石墨烯“前途是光明的、道路是曲折的”。未来石墨烯的很多应用将被继续发现，成为真正的“万能”材料，必将对国防和军事领域产生重大影响。