随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突(tū)破(pò),石墨烯的产业化应用步伐正(zhèng)在(zài)加快,基于目前已有(yǒu)的研究(jiū)成果(guǒ),最先实现商(shāng)业化应用的(de)领域可能会是移动设备(bèi)、航(háng)空航天、新能源电池(chí)领域。
消费电(diàn)子展(zhǎn)上(shàng)可弯曲屏幕备(bèi)受瞩目,成为(wéi)未来移动设备显示屏的发展趋势。柔性显示(shì)未来市场广(guǎng)阔,作为基(jī)础材料的石(shí)墨烯前景也被看好。有数据显示(shì)2013年全球对手机触摸屏的需求量大(dà)概在(zài)9.65亿片(piàn)。到(dào)2015年,平板电脑对大(dà)尺寸触摸屏的需求也将达到2.3亿片,为石墨烯的(de)应用提供(gòng)了广(guǎng)阔的市场。韩(hán)国三星公司的研究人员也已制造出由(yóu)多层石墨(mò)烯等材料组(zǔ)成的透明可弯曲显示(shì)屏,相信大规模商用指日可待(dài)。
另一方面(miàn),新(xīn)能源电池也是石(shí)墨烯最早商(shāng)用的一大重要领域(yù)。之前美(měi)国(guó)麻省(shěng)理工学(xué)院(yuàn)已成功研制出表面附(fù)有石(shí)墨(mò)烯纳米图层的柔性光伏电池板(bǎn),可(kě)极大(dà)降低制造透明(míng)可变形(xíng)太阳(yáng)能电池的成(chéng)本,这种电池有可能在夜视镜、相机等小型数码(mǎ)设备(bèi)中应用。另外,石墨(mò)烯超级电池的成功研(yán)发,也解决了新(xīn)能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问(wèn)题,极大加速了新能源电(diàn)池产业的发展。这一系列的研(yán)究(jiū)成果为石墨烯(xī)在新能源电(diàn)池行业的应用铺就了(le)道路。
由于高导电性(xìng)、高强(qiáng)度(dù)、超轻薄等特性,石墨烯在航天军工领域的(de)应用优势也是极为突出的。前不久美国NASA开发出应(yīng)用(yòng)于航(háng)天领域的石墨烯传感器,就能很好的对地(dì)球高(gāo)空大气(qì)层的微量元素、航天器上的(de)结构性缺陷(xiàn)等进行检测。而(ér)石(shí)墨(mò)烯(xī)在超轻型飞机材料等(děng)潜在应(yīng)用上(shàng)也将发挥更重要的作用。
石墨烯电(diàn)池利用环境热量自行充电的试(shì)验。
实验制成(chéng)电路(lù)其(qí)中(zhōng)包含LED,用电线连(lián)接到带状石墨烯。他们只是把石墨烯放在氯化铜(copper chloride)溶液中,进行观察。LED灯亮(liàng)了。实际上,他们需要6个石墨(mò)烯电路,形成串联,这样就可产生所需的(de)2V,使LED灯发亮,就可以得到这个图片。
徐子(zǐ)涵(hán)和同事说,这里发生情(qíng)况就是铜离子具有(yǒu)双重(chóng)正电荷(hé),穿(chuān)过溶(róng)液的速度约每秒300米,因为溶液在(zài)室温下的(de)热能量。当离子猛烈撞入石墨烯(xī)带时,碰撞(zhuàng)会产生足够的能(néng)量(liàng),使不在(zài)原位的(de)电子离开石墨烯(xī)。电子有两种选择:可以离开石(shí)墨烯带,和铜离子结(jié)合,也可以穿过石墨烯(xī),进(jìn)入电(diàn)路。
原来,流动的电子在石墨烯中更快,超(chāo)过它穿过溶液的速度,所(suǒ)以电子自然会选择路径,穿(chuān)过电路。正是这一点点(diǎn)亮(liàng)了LED灯“释放的电(diàn)子更倾向于穿过(guò)石(shí)墨(mò)烯表面(miàn),而不(bú)是进入电解液。设备就(jiù)是这样产生电压(yā)的,”徐子(zǐ)涵说。
因此,这个装置(zhì)产生的能(néng)量来自(zì)周围环境的热量。他们可(kě)以提高电流,只需加热溶液,也可用(yòng)超声波加(jiā)快铜离子。只(zhī)依(yī)靠周围热量,就可以使他们的石墨烯(xī)电池持续运行(háng)20天。但(dàn)是,还有一个(gè)重要的问(wèn)号。另一个(gè)假设是(shì)某种(zhǒng)化学(xué)反应产生电流,就(jiù)像普通(tōng)的电池。
然而(ér),徐子涵和同事说(shuō),他(tā)们排除了这一点,因为进行了几组控制实(shí)验。然而(ér),这些(xiē)是在一些(xiē)补充材料中介绍的,他们似乎并没(méi)有放在(zài)arXiv网站上。他们(men)需要(yào)赶(gǎn)在别(bié)人(rén)做出严肃声明之(zhī)前公开。从表面价值来看,这看起来是一项非常重(chóng)要(yào)的成果。其(qí)他人也(yě)在石(shí)墨烯中产生过电流,但只是让水流过它,所以这并不(bú)真(zhēn)的(de)使人(rén)吃惊,移动的(de)离子也可以产生(shēng)这样的效果(guǒ)。这预示着(zhe)清洁的绿色电池,只依靠环境热量驱动。徐子涵和(hé)同事(shì)说:“这代表着一个巨大的突(tū)破,研究的是自驱动技术”。