石墨烯保暖褲 當真那么神奇?

  貴為“新材料之王”

  石墨烯是目前人類所發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最好的一種新型納米材料,被稱為“黑金”以及“新材料之王”。簡單來說,石墨烯是一種以特殊方式構成的六角形呈蜂巢狀晶格的碳原子單層物質,也可以理解為石墨的單層結構。它的晶格是由6個碳原子圍成的,是目前世界上已知最薄的納米材料,厚度約為0.334納米。假設一根頭發的直徑是0.05毫米,把它軸向平均剖成大約15萬根,每根的厚度大約就是石墨烯的厚度。用石墨鉛芯的鉛筆在紙上輕輕掃過,留下的痕跡就可能是幾層石墨烯。

  石墨烯具有超強的堅硬度,比最好的鋼材還要硬200倍,卻輕薄得可以立于玫瑰花瓣上;它具有很好的彈性,拉伸幅度能達到自身尺寸的20%;其電子遷移率非常高,是硅的100倍;它熱導率很高,是銅的10倍;它幾乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;它的結構非常致密,即使是最小的氣體原子(氫原子)也無法穿透;它的表面積最大,4克就可鋪滿一個足球場……

  正因為具有這些優質的光學、電學和力學特性,石墨烯應用領域十分廣泛。石墨烯目前較有潛力的應用是成為硅的替代品,制造超微型晶體管,用來生產未來的超級計算機。石墨烯碳原子的特殊結構形式,使其具有超強的結構穩定性,應用于晶體管方面,在接近單個原子的尺度上依然能夠穩定地工作,而且可以達到極高的工作頻率。相比之下,目前以硅為材料的晶體管在10納米左右的尺度上就會失去穩定性。相關資料顯示,用石墨烯取代硅,計算機處理器的運行速度將會快數百倍。IBM公司在2010年2月就已宣布將石墨烯晶體管的工作頻率提高到了100GHz,超過同等尺度的硅晶體管。

  石墨烯獨特的二維結構使它對周圍的環境非常敏感,應用于化學傳感器,靈敏度可以與單分子檢測的極限相比擬,是電化學生物傳感器的理想材料。在醫學上,石墨烯制成的傳感器檢測多巴胺、葡萄糖等具有良好的靈敏性。

  此外,石墨烯材料在柔性顯示屏、感光元件、新能源電池、海水淡化過濾器、儲氫材料及航空航天軍工應用等領域也具有突出的優勢。有科學家甚至預言,石墨烯將徹底改變21世紀,極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革命。

  “石墨烯+纖維”功能強大

  石墨烯這種神奇的材料,不僅能應用于航空航天等高科技領域,也能在人類的日常服飾方面大展身手。

  石墨烯導熱系數高達5300瓦/米·度,高于碳納米管和金剛石,具有非常好的熱傳導性能,而且常溫下其電子遷移率超過納米碳管和硅晶體,而電阻率只約10-8歐·米,為世界上電阻率最小的材料。因此,由石墨烯制成的發熱膜,通過電池充電后能實現10秒升溫,產生熱量供給人們保暖。

  此外,石墨烯還具有諸多引人矚目的光學屬性。IBM的研究人員發現,石墨烯能吸收和輻射高達40%的遠紅外線。人體又是良好的遠紅外線吸收體,其吸收波段以3~15微米為主,剛好是在石墨烯遠紅外線的作用波段。石墨烯加熱發射的8~15微米遠紅外波,能激活人體細胞核酸蛋白質等生物分子,深入人體的皮下組織改善血液循環;可直達肌肉關節深處,改善關節疼痛;可以調節自律神經,應用于抑郁癥治療;能夠提高巨噬細胞的吞噬功能,提高免疫功能;其熱作用通過神經體液的回答反應,能實現消炎功能;增加細胞的活力,增強生物體的新陳代謝等功能。

  近年來,已經有企業和研究機構利用石墨烯這些光學屬性,合作研發了生物質石墨烯黏膠纖維紡絲技術,生產了生物質石墨烯復合纖維,生物質石墨烯內暖烯孔材料和石墨烯內暖絨材料等。這些“石墨烯+纖維”,除了具有一般纖維的特征外,還具有極強的低溫遠紅外和防紫外線功能,有激活人體免疫細胞,增強機體機能,改善微循環,抑菌抗菌等功能。業內人士表示,石墨烯市場前景廣闊,不但對化纖紡織行業產生重大影響,對多個行業都將帶來誘人的改變。

  廣泛應用尚需時日

  2017年央視春節聯歡會上,一款神奇的高科技服裝精彩亮相。當時在哈爾濱分會場零下30℃的露天滑冰表演場地上,一群身穿輕薄型連體服裝的演員翩翩起舞。這款表演服裝便是采用石墨烯材料制成的。其利用石墨烯外觀輕薄的特點和具有快速充電釋放熱量且蓄積熱能功能的突出優勢,很好地達到了抗寒保暖的效果。據研發該產品的智烯科技公司負責人介紹,這款特殊的服裝能在30秒內快速升溫到40℃左右,恒溫時間可持續3~5小時,具有高效保暖效果以及輕巧、便捷的特點。

  如今兩年過去了,石墨烯保暖服飾是否已經走下舞臺來到尋常百姓家?業內人士表示,石墨烯在服裝方面的廣泛應用尚需時日。

  在學術人士看來,目前石墨烯材料的生產和技術的研發,還沒有完全進入到工業化的生產階段,真正的石墨烯產品還非常少。幾位做石墨烯面料生產的業內人士表示,石墨烯這種材質目前確實正在開發應用到服裝面料上,不過現在還是以少量的運動和戶外服裝應用居多,距離全面進入服裝領域還有很大的距離。

  專家表示,石墨烯的保暖功效毋庸置疑,但是目前市場上真正掌握石墨烯面料制造技術的生產廠家還比較少。一方面,石墨烯制造成本非常高,對于一般銷售價格在百八十元的保暖褲而言,有多少石墨烯含量可想而知;另一方面,即使是真正的石墨烯面料,相較于羊絨或者很多化纖材料相似的保暖效果,消費者是否愿意為其高昂的價格買單。

  “石墨烯用途正逐步拓展,但速度沒有想象中那么快,因為一項新技術一般可能需要5~10年,甚至更長時間,才能真正深入到我們生產生活當中?!眹夷z體材料工程技術研究中心相關專家表示。

  盡管人們對石墨烯進入日常生活充滿期待,產業化之路仍漫長而崎嶇。起碼可以負責地說,目前市場上幾十元一條的“石墨烯”保暖褲并沒有宣傳得那么“美”。

  霜降過后,冷空氣到各地打卡。各式各樣的防寒保暖服裝悉數登場,其中一款號稱“移動的恒溫棉被”,還能點亮燈泡,促進血液循環的石墨烯保暖褲吸人眼球。石墨烯到底是什么高科技材料,添加了石墨烯的保暖褲真有商家宣傳的那么神奇嗎?


關鍵字:石墨烯
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