万能的石墨烯:可能改变世界的11种应用
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发布时间：2024-04-09 09:19
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时间：2024-04-19 01:01
石墨烯可能是世界上最有用的材料之一。虽然，它只有一个碳原子那么厚，但它比钢强很多倍，而且非常灵活。
自从2004年研究人员首次将其分离出来，涉及石墨烯的专利清单每年都呈指数级增长。估计用不了多久，这种超级材料就会引发一场可能真正改变世界的技术革命。
我们汇总了一些在不久的将来，值得期待的几项意义深远的石墨烯发明。
1. 空气中获取燃料
曼彻斯特大学的安德烈?海姆（Andre Geim）及其同事曾因分离石墨烯而获得诺贝尔奖。他们的研究表明，石墨烯可以用来制造由从空气中提取的氢提供动力的移动发电机。Geim的研究小组发现，尽管石墨烯即使对最小的原子也是不可渗透的，但它可以用来筛选被剥离电子的氢原子。
石墨烯质子传导膜示意图
这意味着，石墨烯薄膜可以用来极大地提高质子传导膜的效率，质子传导膜是燃料电池技术的重要组成部分。科学家设想，未来汽车可以仅靠环境空气中微量的氢气提供动力。安德烈?海姆表示：“从本质上讲，你从大气中抽出燃料并从中获得电力。”
2. 防止蚊子叮咬
与燃料电池相同的不渗透性提高了石墨烯的其他潜在用途，包括将蚊子拒之门外。在这个应用中，研究人员发现了两种途径来阻止这些致命的昆虫。
布朗大学（Brown University）的研究人员发现，多层石墨烯可以阻止蚊子感知皮肤或汗液相关化学物质的能力，这为处理蚊子提供了一种不寻常的非化学方法。最重要的是，这些层提供了一个蚊子根本无法咬穿的物理屏障。
石墨烯织物面料细节
研究人员表示，有了石墨烯，蚊子甚至都不会落在皮肤上。科学家原本以为石墨烯只是一种物理屏障，通过抗刺穿作用，阻止蚊子叮咬，但当看到这些实验时，发现它也是一种化学屏障，可以阻止蚊子感知到有人在那里。
下一步是创造一种石墨烯屏障，这种屏障在潮湿的时候和干燥的时候一样有效，因为蚊子可以在织物潮湿时让它们的纤维束或进食装置穿过织物。
3.更多的饮用水
石墨烯甚至可以帮助解决世界水危机。由石墨烯制成的膜既可以让水通过，但又足以过滤掉盐。换句话说，石墨烯可以彻底改变海水淡化技术。麻省理工学院的研究人员发现，这种材料的透水率比传统的反渗透膜高几个数量级，纳米多孔石墨烯可能在水净化方面发挥有价值的作用。
事实上，有一种类型的石墨烯已经被证明在水过滤方面非常有效，它使悉尼港的水样在通过过滤器一次后就可以安全饮用。澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的研究人员使用了一种名为“GrapHair”的石墨烯形式，使海水经过单一处理后可以饮用。
石墨烯淡化海水成本低，可直接饮用
CSIRO的科学家表示，这项技术只需一步，就可以制造出干净的饮用水，无论它有多脏。我们需要的只是热量、石墨烯、膜过滤器和一个小水泵。我们希望可以在发展中国家开始实地试验。
2019年，发表在“材料科学与工程C”（Material ScienceEngineering C）上的另外一项研究，将这一概念又向前推进了一步，使得氯化的需求变得过时。来自俄罗斯国立科技大学（MISIS）和其他科学家的研究表明，将氧化石墨烯注入含有大肠杆菌的溶液中，石墨烯通过形成薄片“捕获”细菌。一旦从溶液中捞出薄片，水就可以饮用，石墨烯甚至可以重复使用。
4. 电子产品
请忘记硅谷吧！未来可能就在石墨烯谷（Graphene Valley）。今天，我们的电子设备依赖硅作为关键元件，但硅制成的晶体管正在接近它们可以发挥作用的最小尺寸，这意味着我们设备的速度很快就会触底。然而，石墨烯的超薄性质可能是这个问题的答案。也许用不了多久，石墨烯就会取代我们电子设备中的硅，使它们比以往任何时候都更快。
石墨烯还将使制造超薄、灵活的触摸屏成为可能，而这种触摸屏几乎牢不可破。你再也不用担心会打碎你的智能手机了。
石墨烯材料触控屏
2018年，麻省理工学院(MIT)和哈佛大学的研究人员发现，石墨烯具有更惊人的电子特性。它可以在两种极端情况下调节：作为绝缘体或超导体。换句话说，同样的材料既可以阻挡电子的流动，也可以无阻力地传导电流。
麻省理工学院物理学家表示，我们现在可以将石墨烯作为研究非常规超导性的新平台。人们可以想象用石墨烯制造超导晶体管，你可以打开和关闭它，从超导到绝缘。这为量子器件打开了许多可能性。
5. “捕食者”的视力
经典科幻动作电影《铁血战士》中，外星刺客有能力通过热红外线看到世界。现在，多亏了石墨烯，你或许能够拥有“捕食者”的视觉。密歇根大学的研究人员开发了一种石墨烯隐形眼镜，佩戴者可以感知整个红外光谱 —— 外加可见光和紫外线。
石墨烯隐形眼镜
专家们表示，如果我们把它与隐形眼镜或其他可穿戴电子设备结合起来，它会扩展你的视野，它为你提供了另一种与环境互动的方式。
6.更好的避孕套
石墨烯甚至可能有能力改善你的性生活。石墨烯制成的避孕套可以更为超薄，这意味着能够获得更多的感觉。而且，它们也是超级坚固的，这意味着它们不太可能破裂，这是对任何避孕套的真正考验。
2013年，领导石墨烯避孕套研究的材料科学家阿拉文德·维贾亚拉格哈万表示，如果这个项目成功，我们可能会使用石墨烯，它将以最亲密的方式接触我们的日常生活。
石墨烯材料避孕套薄如蝉翼
对石墨烯避孕套的追求比一些倡导者预期的要慢，但它仍然在进行。比尔和梅琳达·盖茨基金会（Bill And Melinda Gates Foundation）在2013年资助石墨烯避孕套的研究时掀起了波澜，虽然这一努力有点停滞不前，但它已经显示出足够的希望来赚取额外的资金。与此同时，至少有一家公司加入了这一潮流，推出了“石墨烯灵感的避孕套”，这种避孕套实际上并不使用石墨烯，而是借用了它的六边形结构。
7. 一个不会生锈的世界
因为石墨烯几乎是不可渗透的，有一天，石墨烯涂料可以用来消除腐蚀和生锈。研究人员甚至表示，用石墨烯涂料覆盖的玻璃器皿或铜板可以用作强腐蚀性酸的容器。
喷涂石墨烯防腐涂料
开发这项技术的研究人员称，石墨烯涂料很有可能成为一种真正具有革命性的产品，适用于任何类型的工业，包括空气、天气因素或腐蚀性化学物质的防护。这些行业包括，医疗、电子和核工业，甚至造船业等等。
8. 发光壁纸
由于新型石墨烯电极技术的发展，发光的墙壁可能很快取代灯泡，还可以使显示器比现在更薄。这种发光的“墙纸”提供了比电灯泡更舒适、更可调节的房间光线，而且更为节能。想想一下，没有什么东西比发光的“电子争霸战”般的墙壁更具有未来感。
测试中的石墨烯发光壁纸
专家们表示，用石墨烯代替传统的金属电极，未来的元件将更容易回收，因此对环境更有吸引力。
9. 仿生人类
如果，你觉得自己已经与科技过度融合，那你就太缺乏想象力了。石墨烯研究正引领着电子与生物系统集成的实验。基本上，很快就可以植入石墨烯装置来读取神经系统或与细胞对话。
这项技术可能会导致医学上的突破，帮助医生监控你的身体，甚至调整你的生物系统以达到最佳健康状态。这项技术也可以帮助狂热的健身爱好者跟踪和监控他们的锻炼计划。
10. 更好、更安全的染发剂
这项技术虽然不会像其他一些应用那样改变世界，但石墨烯作为一种更安全的有毒染发剂替代品，同样显示出了希望。在2018年的一项研究中，美国西北大学（Northwestern University）的研究人员报告称，石墨烯不仅可以媲美永久性染发剂的性能，而且不需要添加任何有机溶剂或有毒分子成分。除此之外，它还能增强头发的抗菌、抗静电和散热性能。
这张照片显示了一种基于石墨烯的颜料染色之前(左)和之后(右)的金色头发
研究人员将石墨烯-氧化物凝胶喷在人的头发上，然后让它干燥10分钟。这缕头发就被涂上一层只有2微米厚的石墨烯薄膜，据报道，即使洗30次，石墨烯薄膜也不会脱落。这项研究专家称，这种抗静电性能可以带来更多的审美上的好处，而且这种涂层也不会对你的头发或健康造成伤害。
11. 防弹装甲
考虑到石墨烯的厚度和强度，它似乎不可避免地被用于制造和改进防弹背心。果然，研究人员发现，石墨烯片吸收的冲击力是凯夫拉尔材料的两倍。凯夫拉尔是防弹背心中常用的材料。与凯夫拉尔相比，石墨烯更轻，因此对磨损的限制更小。这一突破可以帮助我们的士兵和执法人员在受到射击时保持更安全。石墨烯的薄层性质甚至可能导致其他防弹表面的发展，比如窗户等。
石墨烯防弹材料
