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產業動態 改變未來的新革命性材料石墨烯
k5傳媒 本新聞稿發佈於2017/12/21,由發布之企業承擔內容之立場與責任,與本站無關

拜科技之賜,世界上各領域的科學家們不斷從各種研究、創新和發明中,讓現代人類得以享受各項文明與美好便利的生活,也擴大了人們的視野,帶來智慧、創意的無限可能。

 
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拜科技之賜,世界上各領域的科學家們不斷從各種研究、創新和發明中,讓現代人類得以享受各項文明與美好便利的生活,也擴大了人們的視野,帶來智慧、創意的無限可能。

被視為「奇蹟材料」的石墨烯,早在二十世紀初期即被發現,但是二維(平面)晶體的石墨烯,一直被認為是一種假設性的結構,無法單獨穩定存在,因此也未受到重視。直到2004年,英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈·蓋姆(Andre Geim) 和康斯坦丁·諾沃謝夫(Konstantin Novoselov) 為了證明石墨烯具有導電性與韌性,將石墨薄片黏在膠帶上,再把有黏性的一面對折後撕開,利用膠帶的粘性,將石墨薄片一分為二,再不斷重複這步驟。片狀的石墨越來越薄,終於成功分離出一片單層的石墨烯,證實了石墨烯可以單獨存在,也因此掀起全球學術界、產業界的一波波研究熱潮。兩人也因為這個開創性的實驗和發現,一同獲得2010年諾貝爾物理獎的肯定和榮耀。

究竟石墨烯和石墨有什麼關聯?又有何特殊或重要之處?

石墨(Graphite),又稱黑鉛(Black Lead),是碳的一種同素異形體(純碳元素所能構成的各種不同的分子結構),我們熟知的鉛筆芯、乾電池內部的電極,主要成分就是石墨。從結構上來看,石墨是一種層狀的材料,由一層一層的碳原子堆疊而成。從橫向來看,對每一層的碳原子而言,彼此牢固的結合在一起,十分穩定。但是從縱向來看,在層與層間的結合卻是較微弱的,也使得層間容易脫離。有人將石墨的這種結構形象類比成一本書,書中的每一頁紙,就像是一層碳原子,而石墨烯就是形成這書中每一頁的「紙」。這樣的形容,清楚描述了石墨和石墨烯之間的關係。

石墨烯的結構非常特殊,推翻了傳統理論中認為自然界無法找到穩定存在的二維結晶材料。只有一個碳原子層的厚度,約0.3奈米 (1奈米等於10億分之1米),為一張A4紙張厚度的十萬分之一,一根頭髮的二十萬分之一。石墨烯是一種由碳原子是以六角形蜂巢晶格狀規則排列的平面薄膜,具有極優異的導電性,是銅的10倍,矽的200倍。石墨烯膜的重量,是相同大小紙張的千分之一,但是強度卻是鋼的200倍,同時具備出色的柔軟性和高於鑽石的硬度。石墨烯還是傳導熱量的高手,比最能導熱的銀還要強10倍,透明度極高,是目前世界上堪稱最薄、最堅硬、電阻率最小的奈米材料。石墨烯的問世,引起科學界相當大的震撼,被視為繼矽之後,可能改變世界暨21世紀最有前景的神奇材料,未來人們的日常用品,將更輕便、更耐用、更節能。

因為石墨烯具備前所未有的各項優勢,科學家與研究人員前仆後繼將其導入各項應用,包含半導體、觸控螢幕、電池、太陽能、醫療都可望因為石墨烯而有更新且重大的突破進展。

仿生醫學可以透過了解生物構造與運作原理,研發新的機械或技術,幫助解決人體缺陷帶來的不便。格拉斯哥大學(University of Glasgow)的研究團隊便利用石墨烯開發出一款柔軟的電子皮膚,由單層石墨烯製成只有一粒原子厚度的碳片,組成強韌且具有延展性的材料,堆疊在一個太陽能電池上。石墨烯不僅能導電,並且還是透明的,能讓98% 的光穿透到下面的太陽能電池中充電。當電子皮膚通電開啟後,義手便能夠像普通的手一樣觸摸,並能輕輕抓住物體。研究團隊持續嘗試將石墨烯電子皮膚材料延展,以覆蓋整個義肢或機器人等較大的範圍。除了人工肢體以外,這款電子皮膚只要搭配太陽能電池,即便在沒有電力的偏遠地區,也可運用感測器做健康監測,像是糖尿病患者的血糖狀況。這樣的成果,將大大造福了有身體缺陷或障礙的人們。

石墨烯未來極有可能超越矽的地位,成為機體電路的主幹,不但資料處理速度加快,採用石墨烯的資訊產品將會更薄、更輕,甚至螢幕可彎曲折疊,也更為持久耐用。石墨烯的誕生將大幅改善電池的效益,採用石墨烯做的鋰電池,將可提高儲能量。未來的手機和筆記型電腦,只需幾分鐘即可完成充電。也因為電池可以保持攝氏60度的強穩定的溫度,降低了因溫度過高帶來的風險。

石墨烯材質既輕且韌又強,可以用來創造出更多樣的複合材料,其他像是防腐蝕塗料的運用,汙水處理,海水淡化,提高防彈衣、防爆車的強度,幾乎無所不能的將出現在我們生活的周遭。但是,目前由於石墨烯生產成本高昂,難以量產,使得大規模使用的目標因此受到限制,因此在降低成本,增加產能的技術上,渴望有更大的突破和躍進。

石墨烯的發現對未來的工業產生革命性的影響,從國防、航太,到一般民生用品,不論是產品或材料的組合應用,其無限的潛力,勢必帶起一股科技創意的新風潮。相信在不久的將來,石墨烯成為21世紀的萬能材料,是指日可待的。

延伸閱讀:www.k5news68.com

- 新聞稿有效日期,至2018/01/10為止


聯絡人 :鄭聖玲
聯絡電話:03-3316786
電子郵件:mos676767@yahoo.com.tw

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