石墨烯可以改变世界

石墨烯的结构是由碳原子制成的原子级蜂窝晶格。 bonninstudio / shutterstock.

石墨烯可能是世界之一'最有用的材料。虽然它'它只有一个碳原子厚,它'钢的多次强,靴子的高度灵活。

自2004年首次由研究人员孤立以来,涉及石墨烯的专利列表每年都已经增长。在这种超级材料产生一个真正改变世界的技术革命之前,这可能不会很长。

以下是几种深刻的石墨烯发明,期待在不久的将来。

1.从空中燃料

同样的研究人员赢得了诺贝尔孤立石墨烯奖,曼彻斯特大学和同事的乔治,并表明石墨烯可用于使由氢气从空气中提取的移动发电机。地理伎俩'S团队发现,虽然石墨烯甚至是最小的原子是不可渗透的,但它可用于筛选汽提的氢原子。

这意味着石墨烯薄膜可用于大大提高质子导电膜的效率,这是燃料电池技术的必要组分。地理会想象一个未来,车辆可以通过环境空气中的微小氢气供电。"从本质上讲,您将燃料从大气中泵出来,从中获得电力," Geim said.

2.保护蚊子

照片: Muhammad Mahdi Karim [GFDL 1.2]/ wiki commons.

与燃料电池一起发挥的同样的不渗透率引发了石墨烯的其他潜在用途,包括在海湾保持蚊子。在本申请中,研究人员发现了两个途径来阻止这些致命的昆虫。

石墨烯层可以阻挡蚊子'棕色大学的研究人员发现了感染皮肤或汗水相关化学品的能力,提供了处理与他们处理不寻常的,非化学方法的潜力。在那之上,这些层提供了蚊子根本可以的物理障碍'咬了一口。他们的工作,在国家科学院的诉讼程序中发表,最初专注于机械解决方案,但迅速揭开石墨烯'他的其他秘密能力。

"用石墨烯,蚊子甚至没有降落在皮肤补丁上 - 他们似乎没有关心,"Cintia Castillho,博士学位。棕色和研究的学生'S铅作者在一个中说 布朗大学新闻发布. "我们假设石墨烯是咬人的物理障碍,通过穿刺阻力,但是当我们看到这些实验时,我们开始认为它也是一种化学障碍,这也可以防止蚊子感知某人在那里。"

下一步是为了创造石墨烯屏障的一个版本,当蚊子能够通过织物湿润时,当蚊子能够通过织物获得湿润时有效地工作的石墨烯屏障。

3.更多可用的饮用水

石墨烯可以帮助解决世界水危机。 由石墨烯制成的膜 可以大到足以让水通过,但足够小以过滤盐。换句话说,石墨烯可以彻底改变海水淡化技术。 MIT研究人员已经找到"这种材料的水渗透性比常规反渗透膜高几个数量级,并且该纳米多孔石墨烯可能具有用于净水的有价值的作用。"

事实上,一种石墨烯在水过滤中已经证明是如此有效,即它通过仅通过过滤器后,从悉尼港的水样呈现水样。在一个 在自然通信发表的研究,与澳大利亚的研究人员'英联邦科学和工业研究组织(CSIRO)使用了一种形式的石墨烯"Graphair"在一次治疗后制作海水。

"这种技术可以创造清洁的饮用水,无论它是多么脏,在一步中,"CSIRO科学家董汉塞奥说 陈述. "All that'所需的是热量,我们的石墨烯,膜过滤器和小型水泵。我们'希望明年在发展中国家社区中开始脱田试验。"

额外的研究 发表于材料科学 &工程C 2019年 进一步迈出了这一概念,使得需要氯化过时。来自俄罗斯的科学家'S国家科学与技术大学(Misis)和其他大学表明将石墨烯氧化物注入含有大肠杆菌,石墨烯的溶液中"captures"通过形成薄片的细菌, 根据Eureka警报。一旦薄片捕获了溶液,水就可以饮用,甚至可以重复使用石墨烯。

4.电子产品

六角形石墨烯格子
由碳原子制成的六角形石墨烯晶格。 Alexanderalus [CC By-SA 3.0] / Wikimedia Commons

忘记Silicon Valley;未来可能在石墨烯谷中休息。如今,我们的电子设备依赖于硅作为关键部件,但是由硅制成的晶体管正在接近它们可以有效的最小尺寸,这意味着我们的设备的速度将很快缩进。然而,石墨烯的超薄性质可能是这个问题的答案。它可能不会很久 石墨烯取代硅 在我们的电子设备中,使它们比以往任何时候都快。

石墨烯还将可以构建 超薄,灵活的触摸屏 这几乎是不可抗拒的。你'LL永远不必担心再次打破智能手机。

2018年,来自马萨诸塞州理工学院(麻省理工学院)和哈佛大学的研究人员透露了石墨烯可以拥有 更令人惊讶的电子特性。它可以调整以在两个电极上表现:作为绝缘体或超导体。换句话说,相同的材料可以阻挡电子流或在没有电阻的情况下进行电流。

"我们现在可以使用Graphene作为调查非传统超导性的新平台,"Pablo Jarillo-Herrero说,MIT的副教授,在A中 陈述. "人们还可以想象将超导晶体管从石墨烯外部制作,从而从超导到绝缘。为量子设备开辟了许多可能性。"

5.捕食者视觉

使用便携式计算机的人的热红外图像
石墨烯已显示出对热红外光电探测器的承诺。 Ivan Smuk / Shutterstock

经典的科幻动作电影"Predator"拥有外星人刺客,能够在热红外线看到世界。现在,感谢石墨烯,您可以拥有 "Predator" vision。来自密歇根大学的研究人员开发了一个石墨烯隐形眼镜,允许佩戴者感测整个红外光谱 - 加上可见和紫外线。

"如果我们将其与隐形眼镜或其他可穿戴电子设备集成,它会扩大您的愿景,"肇水钟表示,其中一名研究人员开发了该技术。"它为您提供了另一种与您的环境进行交互的方法。"

6.更好的避孕套

石墨烯甚至可能有能力改善你的性生活。 由石墨烯制成的避孕套 可以超薄,这意味着更多的感觉。他们也会超强,这意味着它们'不太可能破坏 - 任何避孕套的真实考验。

"如果这个项目成功,我们可能会用于石墨烯,这将以最亲密的方式触及日常生活,"aravind vijayaraghavan表示,材料科学家在2013年领先石墨烯避孕套。

对于预期的一些倡导者来说,对石墨烯避孕套的追求速度慢,但它'还在继续。比尔和梅琳达盖茨基金会在2013年制造了浪潮 石墨烯避孕套资助的研究虽然这种努力有点延长了,但它表现出足够的承诺来获得额外的资金。与此同时,至少有一家公司已经跳过了潮流"石墨烯启发避孕套," which doesn'实际使用石墨烯,但借用其六边形结构。

7.没有生锈的世界

生锈的铸铁锅
Babish Rust用切片的开放土豆。 (照片:Herain Kanthatham / Shutterstock)

因为石墨烯几乎是不可渗透的,一层 基于石墨烯的涂料 有一天可以用来消除腐蚀和生锈。研究人员甚至表明,玻璃器皿或覆盖着石墨烯涂料的铜板可用作强烈腐蚀性酸的容器。

"Rahul Nair表示,石墨烯涂料有一个很好的机会,即用于处理空气,天气元素或腐蚀性化学品的任何一种保护,这些工业涉及空气,天气元素或腐蚀性化学品。 “这些包括,例如,医疗,电子和核工业甚至造船,少数人。"

8.发光壁纸

发光的墙壁 由于开发了新的石墨烯的电极技术,可以很快更换灯泡,这使得显示比以往更薄。这样的发光"wallpaper"在房间提供比灯泡更舒适,可调节的光线,也可以更节能。然后让'脸部脸,很少有东西似乎比照亮更为未来"Tron"-like walls.

"通过使用石墨烯代替常规金属电极,将来的组成部分更容易回收,从而对环境有吸引力,"纳撒尼尔罗宾逊(LinköpingUniversity)表示,科技正在开发。

9.仿生素

如果您感觉过于与您的技术过度集成,请您'什么都没有看到。石墨烯研究现已导致电子产品可以的实验 与您的生物系统整合。基本上,很快就可以植入石墨烯小工具,这些石墨烯小工具可以读取你的神经系统或与你的细胞交谈。

这可能导致医学科学突破,帮助医生监测您的身体,甚至调整您的生物系统以获得最佳健康。该技术还可以帮助健身狂热,并监控其锻炼方案。

10.更好,更安全的染发剂

石墨烯染发剂
这张照片显示(左)之前的金发和(右)由基于石墨烯的颜料染色,其结构模型也在右侧描绘。 冲罗/电池压力机

这可能不会像其他一些应用一样改变世界,但是石墨烯也显示为有毒染发剂的更安全的替代品。在一个 2018年研究,来自西北大学的研究人员报告说,石墨烯不仅可以匹配永久性染料的性能,而且没有任何有机溶剂或有毒分子成分。最重要的是,它可以为毛发提供增强的抗菌,抗静电和热耗散性质。

研究人员将石墨烯凝胶喷涂到金色的人毛上,使其干燥10分钟。据据报道,据据报道,即使在30次洗涤后,据据报道,毛的毛片仅为2微米。抗静电性能可以提供进一步的审美益处,并且涂层应该对您的头发或健康造成伤害's authors say.

"这是一个受到好奇的想法。做的很有趣,但它没有'当我们开始工作时,听起来很大,"在西北部的材料科学家嘉兴黄说,高级作者 陈述. "但在我们深入研究染发染料后,我们意识到,哇,这实际上不是一个小问题。它'图石墨烯可以真正帮助解决。"

11.防弹盔甲

鉴于石墨烯有多薄,它似乎也应该用来建造 改进的防弹背心。果然,研究人员发现石墨烯的床单被吸收的两倍为Kevlar,常用于防弹背心的材料。同样对Kevlar的改进,石墨烯是超轻的,因此更少限制磨损。突破可以帮助让我们的士兵和执法人员在被解雇时安全。石墨烯的薄性质甚至可能导致其他防弹表面的发展,例如窗户。