石墨烯“新生命”車用+可穿戴引領(lǐng)電子未來(lái)

　　近來(lái)，老題材石墨烯不斷煥發(fā)“新生命”，作為21世紀(jì)最具應(yīng)用前景的新材料之一，石墨烯的每項(xiàng)技術(shù)發(fā)明都給該題材注入了新的生命力。據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家日前用石墨烯開(kāi)發(fā)出一種只有指甲蓋大小的紅外線圖像傳感器，首次實(shí)現(xiàn)了在室溫下對(duì)全紅外光譜的觀測(cè)。業(yè)內(nèi)人士表示，如果能夠?qū)⑦@種探測(cè)器集成到隱形眼鏡或其他可穿戴電子設(shè)備中，將有望為人們提供一種前所未有的、與環(huán)境進(jìn)行交互的新方式，屆時(shí)極有可能改變目前的可穿戴設(shè)備格局。此外，據(jù)中科院金屬所的官方網(wǎng)站消息，石墨烯鋰硫電池研發(fā)也取得了重大突破。分析人士表示，近來(lái)石墨烯的發(fā)明創(chuàng)造頻頻與當(dāng)前的熱門題材“沾邊”，這也是石墨烯概念股屢受青睞的主要原因。

　　可穿戴設(shè)備正迎接石墨烯

　　據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家日前用石墨烯開(kāi)發(fā)出一種只有指甲蓋大小的紅外線圖像傳感器。不同于目前常見(jiàn)的中紅外和遠(yuǎn)紅外圖像傳感器，新技術(shù)無(wú)需笨重的冷卻裝置就能運(yùn)行，首次實(shí)現(xiàn)了在室溫下對(duì)全紅外光譜的觀測(cè)。不僅如此，由于體積小、重量輕，它甚至能夠集成到隱形眼鏡或手機(jī)中，未來(lái)還有望在軍事、安保、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域獲得應(yīng)用。上述發(fā)明的相關(guān)論文在線發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》雜志網(wǎng)站上。

　　據(jù)介紹，紅外線的波長(zhǎng)在760納米至1毫米之間，是一種波長(zhǎng)比紅光長(zhǎng)的非可見(jiàn)光，分為近紅外線、中紅外線和遠(yuǎn)紅外線三種。普通攝像機(jī)只需一個(gè)芯片就能拍攝到可見(jiàn)光，而紅外成像技術(shù)則需要同時(shí)看到近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外各種不同頻譜的圖像。更具挑戰(zhàn)性的是，中紅外和遠(yuǎn)紅外傳感器通常必須在極低的溫度才能工作。

　　這項(xiàng)由密歇根大學(xué)電氣工程和計(jì)算機(jī)學(xué)助理教授鐘朝暉(音譯)和同校的特德·諾里斯教授負(fù)責(zé)的研究將石墨烯作為原材料。眾所周知，石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，能夠探測(cè)到整個(gè)光譜的紅外線、可見(jiàn)光和紫外線。但由于石墨烯對(duì)光線的吸收能力較差(2.3%)，不足以產(chǎn)生足夠的電信號(hào)，因而此前相關(guān)的研究一直止步不前。鐘朝暉教授表示，上一代石墨烯紅外線傳感器所面臨的最大問(wèn)題就是靈敏度太差，無(wú)法滿足商用設(shè)備的需要。

　　為了克服這一障礙，鐘朝暉和他的團(tuán)隊(duì)對(duì)石墨烯產(chǎn)生電信號(hào)的過(guò)程進(jìn)行了改進(jìn)。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，他們?cè)趦蓚€(gè)石墨烯薄片之間設(shè)置了一個(gè)絕緣隔離層，底層有電流通過(guò)。當(dāng)光線照射到頂層石墨烯的時(shí)候，裝置會(huì)釋放電子，產(chǎn)生帶正電的空穴。而后在量子機(jī)制的作用下，電子穿過(guò)中間的絕緣層，到達(dá)底部的石墨烯層。此時(shí)留在上層石墨烯上的帶正電空穴會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，并對(duì)下層石墨烯的電流產(chǎn)生影響。而通過(guò)測(cè)量電流的變化，就能推斷出照射在上層石墨烯上的光的亮度。

　　上述研究人員稱，新方法讓中紅外和遠(yuǎn)紅外傳感器的靈敏度達(dá)到了一個(gè)新的高度，完全能夠媲美需要冷卻裝置才能運(yùn)行的傳統(tǒng)紅外線傳感器，而且該設(shè)備只有一個(gè)指甲蓋大小，很容易實(shí)現(xiàn)集成。如果能夠?qū)⑦@種探測(cè)器集成到隱形眼鏡或其他可穿戴電子設(shè)備當(dāng)中，將有望為人們提供一種前所未有的、與環(huán)境進(jìn)行交互的新方式。同時(shí)，該技術(shù)也為紅外線技術(shù)在軍事、安保、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用開(kāi)辟了新的想象空間。

　　車用石墨烯鋰硫電池取得重大突破

　　近一年來(lái)，石墨烯的研究發(fā)明可謂層出不窮。稍早之前就有相關(guān)媒體報(bào)道，2013年12月18日《科學(xué)網(wǎng)》引用了中科院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室的成會(huì)明課題組論文報(bào)道，以《超快長(zhǎng)循環(huán)壽命鋰硫電池：基于石墨烯的三明治結(jié)構(gòu)》為題，介紹了高容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命、低成本及環(huán)境友好的新型石墨烯鋰硫(Li-S)電池開(kāi)發(fā)，并取得重大突破。

　　據(jù)介紹，新型石墨烯鋰硫電池理論比能量為2567Wh/Kg，而中科院金屬所采用石墨烯集電體的輕質(zhì)特點(diǎn)，使其構(gòu)成的鋰硫電池具有更高的能量密度。目前常用鋰電池能量密度約140Wh/Kg。也就是說(shuō)，該電池的儲(chǔ)電能力達(dá)到目前鋰電池18倍以上，相當(dāng)于將比亞迪E6電動(dòng)汽車700KG電池，縮小約95%或35KG。

　　根據(jù)早前的各方面消息，該電池的功率密度及充電時(shí)間均已解決，一次充電多在6分鐘以內(nèi)，其循環(huán)次數(shù)及電池壽命高于目前鋰電池的百倍。大眾化車用動(dòng)力電池即將投入使用階段，據(jù)測(cè)算，使用該電池之電動(dòng)汽車的使用成本，約相當(dāng)于燃油汽車的20%。

　　據(jù)2014年2月17日中科院金屬所的最新消息，石墨烯鋰硫電池研發(fā)再次取得重大突破。這種超級(jí)電池“組裝方法與現(xiàn)有鋰離子電池工藝兼容，具有進(jìn)一步放大和產(chǎn)業(yè)化前景”。與目前用在小汽車上電池比較，其重量下降90%以上，一次充電不超過(guò)10分鐘，巡航里程超過(guò)450公里，每公里成本下降4/5，電池壽命超過(guò)30年。該項(xiàng)研究以工業(yè)化生產(chǎn)的石墨烯為原料，通過(guò)連續(xù)工藝制備了石墨烯集流體和石墨烯復(fù)合隔膜，其組裝方法還與現(xiàn)有的鋰離子電池制造工藝可以兼容，因此具有進(jìn)一步放大和產(chǎn)業(yè)化的前景，中科院金屬所已經(jīng)申請(qǐng)了三項(xiàng)專利。

　　石墨烯早就不是A股市場(chǎng)的新題材了，只不過(guò)層出不窮的技術(shù)發(fā)明令這一老題材不斷翻炒出新花樣。工信部此前發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》就將石墨烯作為前沿新材料之一。不僅如此，國(guó)家科技重大專項(xiàng)、國(guó)家973計(jì)劃也持續(xù)圍繞石墨烯部署了一批重大項(xiàng)目。業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，石墨烯未來(lái)的市場(chǎng)規(guī)模或可達(dá)到萬(wàn)億元以上。