近来,老题材
石墨烯不断焕发“新生命”,作为21世纪最具应用前景的新材料之一,
石墨烯的每项技术发明都给该题材注入了新的生命力。据相关媒体报道,美国科学家日前用
石墨烯开发出一种只有指甲盖大小的红外线图像传感器,首次实现了在室温下对全红外光谱的观测。业内人士表示,如果能够将这种探测器集成到隐形眼镜或其他可穿戴电子设备中,将有望为人们提供一种前所未有的、与环境进行交互的新方式,届时极有可能改变目前的可穿戴设备格局。此外,据中科院金属所的官方网站消息,
石墨烯锂硫电池研发也取得了重大突破。分析人士表示,近来
石墨烯的发明创造频频与当前的热门题材“沾边”,这也是
石墨烯概念股屡受青睐的主要原因。
可穿戴设备正迎接石墨烯
据相关媒体报道,美国科学家日前用
石墨烯开发出一种只有指甲盖大小的红外线图像传感器。不同于目前常见的中红外和远红外图像传感器,新技术无需笨重的冷却装置就能运行,首次实现了在室温下对全红外光谱的观测。不仅如此,由于体积小、重量轻,它甚至能够集成到隐形眼镜或手机中,未来还有望在军事、安保、医学等多个领域获得应用。上述发明的相关论文在线发表在《自然·纳米技术》杂志网站上。
据介绍,红外线的波长在760纳米至1毫米之间,是一种波长比红光长的非可见光,分为近红外线、中红外线和远红外线三种。普通摄像机只需一个芯片就能拍摄到可见光,而红外成像技术则需要同时看到近红外、中红外和远红外各种不同频谱的图像。更具挑战性的是,中红外和远红外传感器通常必须在极低的温度才能工作。
这项由密歇根大学电气工程和计算机学助理教授钟朝晖(音译)和同校的特德·诺里斯教授负责的研究将
石墨烯作为原材料。众所周知,
石墨烯是一种由碳原子构成的单层结构,能够探测到整个光谱的红外线、可见光和紫外线。但由于
石墨烯对光线的吸收能力较差(2.3%),不足以产生足够的电信号,因而此前相关的研究一直止步不前。钟朝晖教授表示,上一代
石墨烯红外线传感器所面临的最大问题就是灵敏度太差,无法满足商用设备的需要。
为了克服这一障碍,钟朝晖和他的团队对
石墨烯产生电信号的过程进行了改进。据物理学家组织网报道,他们在两个
石墨烯薄片之间设置了一个绝缘隔离层,底层有电流通过。当光线照射到顶层
石墨烯的时候,装置会释放电子,产生带正电的空穴。而后在量子机制的作用下,电子穿过中间的绝缘层,到达底部的
石墨烯层。此时留在上层
石墨烯上的带正电空穴会产生电场,并对下层
石墨烯的电流产生影响。而通过测量电流的变化,就能推断出照射在上层
石墨烯上的光的亮度。
上述研究人员称,新方法让中红外和远红外传感器的灵敏度达到了一个新的高度,完全能够媲美需要冷却装置才能运行的传统红外线传感器,而且该设备只有一个指甲盖大小,很容易实现集成。如果能够将这种探测器集成到隐形眼镜或其他可穿戴电子设备当中,将有望为人们提供一种前所未有的、与环境进行交互的新方式。同时,该技术也为红外线技术在军事、安保、医学等多个领域中的应用开辟了新的想象空间。
车用石墨烯锂硫电池取得重大突破
近一年来,
石墨烯的研究发明可谓层出不穷。稍早之前就有相关媒体报道,2013年12月18日《科学网》引用了中科院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室的成会明课题组论文报道,以《超快长循环寿命
锂硫电池:基于
石墨烯的三明治结构》为题,介绍了高容量、长循环寿命、低成本及环境友好的新型
石墨烯锂硫(Li-S)
电池开发,并取得重大突破。
据介绍,新型
石墨烯锂硫电池理论比能量为2567 Wh/Kg,而中科院金属所采用
石墨烯集电体的轻质特点,使其构成的
锂硫电池具有更高的能量密度。目前常用锂电池能量密度约140Wh/Kg。也就是说,该电池的储电能力达到目前锂电池18倍以上,相当于将比亚迪E6电动汽车700KG电池,缩小约95%或35KG。
根据早前的各方面消息,该电池的功率密度及充电时间均已解决,一次充电多在6分钟以内,其循环次数及电池寿命高于目前锂电池的百倍。大众化车用动力电池即将投入使用阶段,据测算,使用该电池之电动汽车的使用成本,约相当于燃油汽车的20%。
据2014年2月17日中科院金属所的最新消息,
石墨烯锂硫电池研发再次取得重大突破。这种超级电池“组装方法与现有锂离子电池工艺兼容,具有进一步放大和产业化前景”。与目前用在小汽车上电池比较,其重量下降90%以上,一次充电不超过10分钟,巡航里程超过450公里,每公里成本下降4/5,电池寿命超过30年。该项研究以工业化生产的
石墨烯为原料,通过连续工艺制备了
石墨烯集流体和
石墨烯复合隔膜,其组装方法还与现有的锂离子电池制造工艺可以兼容,因此具有进一步放大和产业化的前景,中科院金属所已经申请了三项专利。
石墨烯早就不是A股市场的新题材了,只不过层出不穷的技术发明令这一老题材不断翻炒出新花样。工信部此前发布的《新材料产业“十二五”发展规划》就将
石墨烯作为前沿新材料之一。不仅如此,国家科技重大专项、国家973计划也持续围绕
石墨烯部署了一批重大项目。业内人士估计,
石墨烯未来的市场规模或可达到万亿元以上。
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