【E课堂】一篇文章全面读懂石墨烯
石墨烯制备技术
本文引用地址://m.amcfsurvey.com/article/201608/295024.htm石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜,从 2006年开始,研究论文急剧增加,作为形成纳米尺寸晶体管和电路的“后硅时代”的新潜力材料,旨在应用石墨烯的研发也在全球范围内急剧增加,美国、韩国,中国、日本等国家的研究尤其活跃。
目前众多国际大牌厂商如陶氏化学、三星、IBM以及苹果等都在积极推进石墨烯产业化的研究,从2004年至今,国际上关于石墨烯的专利申请已经达到了几千项,主要在石墨烯的制备、能源领域的应用、显示技术方面的应用、石墨烯纳米材料以及石墨烯复合材料等方面。但全球范围内都没有实施大规模量产的先例,这主要是由于还没有找到一种适合大规模生产的方法和途径,同时这也是石墨烯成本一直居高不下的原因。
目前石墨烯主要的制造方法包括五种,分别是:机械剥离法、气相沉积法(CVD法)、SiC热分解法、氧化还原法等。其中最接近实际生产应用的是气相沉积法。
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石墨烯制备方法对比
石墨烯在汽车行业的潜在应用
石墨烯是一种技术含量非常高、应用潜力非常广泛的二维碳材料,在众多行业都具有广泛甚至是颠覆性的应用前景。而汽车产业又是建立在众多行业基础上的一个集成行业,因此石墨烯对于汽车行业也有重要的应用价值和前景。
1.应用于锂离子电池,大幅缩短充电时间,提升电池容量
目前,全球汽车制造商使用的动力电池主要使用锂电池,以特斯拉为代表的镍钴铝酸锂电池、以比亚迪为代表的磷酸铁锂电池和以日本汽车为代表的锰酸锂。
这三类电池以钴酸锂电池能量密度最高,但它在高温下也最不稳定;磷酸铁锂电池最稳定,但能量密度最低。锂离子电池技术已经沉寂了20年没有大的技术革新,其最大的障碍在于:锂离子电池功率密度有限,其大量能量无法快速接收或释放(即无法实现快充快放)。
石墨烯由于其超大的载流子迁移率,应用于锂离子电池上,可以大幅降低充电时间;而且由于其稳定性可以提高电池循环稳定性;另外由于超大比表面积还能提升电池容量。
2.表面防护材料
石墨烯结构稳定,耐腐蚀,耐氧化,强度大,并且容易在各种金属表面生长,可以广泛应用于金属材料表面保护。同时由于其导电性和高导热性,也可广泛应用于有机材料的保护及防静电领域。可以想象如果在汽车面板表面镀上一层石墨烯,再也不用担心爱车被划了!
3.代替硅应用于集成电路,助力无人驾驶
硅让我们进入了电子化时代,多晶硅已经成为半导体行业的基础原料,被大量用作集成电路的基板。随着工艺技术的改进,目前硅基芯片的运行速度达到了GHz的级别,但随着技术的不断进步,对于计算机速度的要求越来越高。
然而,硅基芯片受到材料自身性能的限制,处理速度达到4-5GHz后就很难再提高,已经逐渐不能满足人们对速度的要求。在众多的备选材料中,石墨烯因其超高强度、超高热导率以及超强导电性而最引人瞩目。
使用石墨烯作为基质生产出的处理器能够达到THz(即1000GHz),IBM已经在2010年研制出运行速度超快的石墨烯晶体管,其最大频率可以达到230GHz,远远超过现在的硅基晶体管运行速度。IBM在2014年7月宣布将再投入30亿美元进行包括石墨烯在内的碳芯片技术的研发。石墨烯未来很有可能取代硅成为半导体行业的基础材料。
无人驾驶技术方兴未艾,其需要超强、超快的计算能力,数据存储、处理系统对集成电路要求非常高,现有的硅基芯片很难完全满足其需求,而石墨烯基碳芯片的开发应用将会解决这一技术瓶颈,提供强大的算力支持。
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