石墨烯因其惊人的特性成为了科研界的关注焦点。石墨烯不仅具备优异的柔韧性,导热性,还是绝佳的导电体。研究人员相信石墨烯将引发航空航天领域的材料革命。
二维材料提升飞行器稳定
最近,国外石墨烯研究院的研究人员指出,石墨烯的应用有可能给航空航天领域带来颠覆性的变革。
2004年,曼切斯特大学的两名科学家在用胶带清理一块石墨晶体时,发现他们在胶带上分离出了一层碳原子,石墨烯由此诞生。石墨烯的强度是钢的200倍,不仅具备优异的柔韧性,还是绝佳的导电体。至此以后,石墨烯因其惊人的特性引发了科研界的密切关注。
曼切斯特大学的科研人员表示,这种二维材料有望帮助改善飞行器的性能、降低造价、提高能效。
如果在当前的飞行器制造材料中添加只有一个原子厚度的石墨烯,那么飞行器的安全性将显著增强,其它性能也将明显改善。如此一来,还能实现机身轻量化和节能环保的目标。
石墨烯研发的最新进展
近日,科研人员成功研制出两种新型三层石墨烯。这两种新材料均由三层石墨烯组成,这一成果将推动光电转换光伏电池等新型电子设备的研发。
石墨烯的碳原子呈六角形晶格状分布,根据有关资料显示,有两种常见的双层叠加方式:一是双侧叠加,即上下两层紧密重合;二是间隙叠加,即上下两层之间存在一个碳原子的距离。
科研人员用两种特殊方法加热石墨烯,成功制备出了两个三层石墨烯样品。
科研人员将石墨烯分别加热到1510℃和1300℃,再喷上氢气。形成单层氢原子,最后结合形成三层石墨烯。
研究人员在检测两个石墨烯样本的物理性质时,发现两者的导电性是不同的。
新加坡国立大学的一个科研小组又发明了新的石墨烯制备方法,所用的溶剂量是现行方法的1/50,为大规模、可持续合成打开了大门。
传统的石墨烯制备方法是利用剪力剥离石墨,再将其置于大量溶剂中,这就产生了生态可持续性问题。如果减少溶剂,石墨烯层又会重新吸附到石墨上。
新的制备法是在高碱性环境下剥离预处理后的石墨。石墨烯在碱性环境下,无需增加溶剂就能使石墨烯层聚集形成石墨烯。同时这种石墨烯原料也可直接用作3D打印。
前进的道路
航空航天领域的重要进步历来都是和新材料的应用有关。铝材和碳纤维让飞机更快、更环保、成本更低、功能更强大。现在,石墨烯和相关的二维材料将引发下一场变革。
在现有的飞机制造材料中加入石墨烯,将改善飞机的许多关键性能。石墨烯的多种特质及广泛应用和研究、生产发展等合作的加深将为下一代航空技术的加速发展提供契机。
与此同时,中国作为石墨烯研究和专利申请第一大国,和国外许多科研机构在石墨烯研发领域建立了深层合作关系。
中国目前是最大的石墨烯制造国,英国则是全球石墨烯研发中心。
中英两国的航空业目前都处在关键发展时期,英国政府力图振兴历史悠久的航空业,而中国正在崛起,成为全球商业和技术中心。石墨烯颠覆航空航天行业,或将指日可待。
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