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一幅画竟能供暖!揭秘能改变世界的“新材料之王“石墨烯

时间: 2024-01-18 16:22:33 |   作者: 产品/永乐国际注册地址

,聚焦材料这一大国竞争的利器、公司竞争的法宝、美好生活的支撑,凝聚近20位顶级材料科学家、院士的

产品特性

  ,聚焦材料这一大国竞争的利器、公司竞争的法宝、美好生活的支撑,凝聚近20位顶级材料科学家、院士的智慧和心血,首次以全景式的视角和史诗般的格局,对支撑中国制造高水平发展的材料产业体系进行了一次深入的探访、立体的呈现和全面的展示。

  大型工业纪录片《栋梁之材》7月17日至20日,7月24日至25日,每天19:43在CCTV-2央视财经频道播出。今晚播出第六集《创新纪元》,为您讲述前沿新材料背后的故事。

  一层碳原子,厚度仅有0.334纳米,却是世界上已知最薄、强度最高的材料。保鲜膜厚的石墨烯,能承受一头大象立于铅笔之上产生的压力。它的强度是钢的200倍,导电率是银的1.6倍,导热系数是铜的13倍,它是完美的柔性透明材料。自2004年被发现以来,石墨烯备受推崇,被公认为是能改变世界的“新材料之王”。

  2004年,英国两位科学家用透明胶带粘住石墨,然后对折撕开,这样石墨一分为二又薄了一层,一遍又一遍地重复这样的一个过程。石墨片越来越薄,最终得到了只有一层碳原子的石墨烯。

  高品质石墨烯晶圆,是引领未来的战略材料,在集成电路、微机电系统和传感器等领域具有广泛的应用前景。

  2020年,刘忠范团队实现了石墨烯晶圆的量产。不仅如此,他们还突破了石墨烯从铜基底往金刚石、硅基等不同基底上的无损转移。戳视频,揭秘刘忠范团队制备石墨烯新方法↓↓↓

  检测根据结果得出,新制备的石墨烯晶圆良品率超过95%。这在某种程度上预示着,他们为新一代高性能电子与光电子芯片,奠定了坚实的材料基础。

  一幅石墨烯电暖画,可以为一间20平方米的房屋供暖;石墨烯异常的强韧性可以防弹;添加了石墨烯的电池,容量更大且轻便;石墨烯还可作为硅的替代品制造超微型晶体管以及新一代电子元件,从而大幅度提高计算速度。

  1991年上映的《终结者2》,被誉为90年代的科幻经典。片中的机器人由闪耀着金属光泽的流体构成,为了伪装,它可以随意变形。无论遭遇什么伤害,都能快速自修复。

  这个震撼的形象令材料科学家刘静念念不忘。刘静研究的液态金属,非常有可能打破科幻与现实的藩篱。

  在元素周期表的118个元素中,金属占据96席,其中只有零星几种金属在常温下处于液态,人们把这类金属统称为液态金属。

  刘静带领团队相继发现了液态金属许多超乎想象的奇特现象。比如,在电解质中,液态金属会在电极作用下发生定向运动。它们能在比自身体积小数十倍的狭窄拥挤的空间自由穿梭,也能轻松实现坡道蠕动、自由塑形。磁场作用下,液态金属可实现变形、重构。它甚至拥有生命最基本的特征,可以产生节律性和周期性运动,就像人体心脏的跳动。

  不过,迄今为止,关于液态金属的应用却少之又少。因此在科学界,液态金属仍被公认为前沿科技。

  2001年,刘静团队在国际上首次提出液态金属计算机芯片冷却技术。后来,美国国家航空航天局也将液态金属散热技术列为未来前沿技术。

  刘静团队新制的液态金属导热膏的热导率是水冷效果的四十多倍,风冷的一千倍。这在某种程度上预示着,发端于中国的液态金属冷却技术,有能力解决高端芯片及器件面临的热胀难题。不久的将来,它或将成为高端计算机的标配。

  在遥远的火星,环“祝融号”温度的变化区间从1200°C到零下55°C,温差接近1300°C。面对冰与火的极限挑战,中国科学家曾寻遍全球,希望找到一种特殊的材料,为“祝融号”制作一件高温时耐火、低温下御寒的超级战服。

  近乎绝热的隔热能力、质量轻到可忽略不计,气凝胶一举打败万千对手,成为“祝融号”战服材料的不二选择。

  二十万倍的扫描电镜下,气凝胶呈现纳米级网状骨架,体积超过99%的孔隙全部由空气填充。

  空气是热的不良导体,被网限制的空气在气凝胶内无法流动,以致气凝胶的导热率比空气还低,它无可厚非地成了隔热材料界的超级明星。

  曾从事水泥研究的沈晓冬团队制备出一种新型气凝胶。历时三个月,耐1200°C高温的动力电池隔热材料,国际首创的新型气凝胶产品诞生了。

  动力电池一旦热失控,从冒烟到爆炸仅需5至6秒,如果用气凝胶在电芯与电芯之间修筑一道防火墙,那么某一个电芯热扩散失控,热量不会很快传到临近电芯。

  气凝胶制成的催化剂,网孔结构加大了接触面积,催化效果更加显著;气凝胶海绵般的吸附性,曾深入太空捕捉尘埃,未来或许还可以治理大气污染,甚至净化污水。作为新材料的翘楚,气凝胶向人类开放了全部可能。人类也必将带着好奇,解锁并创造更多气凝胶的未来。

  1911年,科学家把汞冷却到零下269°C左右时,发现汞的电阻突然消失了即零电阻。零电阻意味着通电不会产生热损耗,那是传说中的第一个超导体。

  如今,人们陆续发现了55种元素有超导能力,并创造出上千种具有超导属性的合金、氧化物甚至有机物。在众多超导材料中,铌钛合金被认为是可以建造强大磁场的优选材料。

  郭强,是全球唯一掌握铌钛超导材料制造全流程的团队的首席工程师。2010年,他们制造的产品,打败了国际上的强劲对手,获准应用在全球最大的核聚变工程实验堆ITER。

  铌钛合金棒材被封装在99.99%高纯度铜管内,制成超导单芯。铜是电和热的优良导体,当铌钛合金失去超导能力时,铜可以为电流和热量提供备用通道。

  在长达9万多米的细线根比毛发还细的芯丝,直径不到10微米,已经临近断裂的极限。这般纤细的超导线材,能承受更大的电流,意味着通电会形成更强大且稳定的磁场。

  超导材料,被称作“当代科学的明珠”,核磁共振、磁悬浮列车、超导电机、电缆,凡是用到电的地方,超导体都可能带来颠覆性的影响。


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