行业新闻-尊龙凯时ag旗舰厅官网

     最近关注到国内一条科技新闻:中航工业航空材料研究院的科研人员成功研制出一种含石墨烯的铝合金材料,开创了石墨烯纳米材料在合金中应用的新纪元。5月8日相关论文：《石墨烯增强铝基纳米材料研究》在国际学术期刊发表。这种含石墨烯的新型铝合金材料，其屈服强度和抗断裂强度分别提高了58%，25%，这无疑展现出宽广的应用前景，由于金属和合金材料在各领域的应用极为广泛,石墨烯的加入能改善和提高金属材料的性能,这将引领材料科学领域的一次大变革！

       那么石墨烯是什么样的物质?它是如何发现和研制出来的呢?在此我想先介绍下物质的微观结构和形态。纵观元素周期表上的所的元素，其中绝大多数元素的微观结构是属于晶体结构，也即是说，它们的原子是按一定的规则有序排列的，有如军队布阵一般，所以也称为晶体点阵。由于上世纪中叶x射线晶体学的发展，使用x射线衍射仪，就能测出物质的晶格常数，从而确定其晶体结构。学过固体物理学的都知道，自然界物质的晶体结构可用七大晶系概括。即：立方晶系，正交晶系，六方晶系，四方晶系，三角晶系，单斜晶系，三斜晶系,而最常见的晶体结构是立方晶系和六方晶系。那么石墨的微观结构是什么样呢？石墨由碳原子组成，自然界中的碳有两种不同的晶体结构，即简单六方晶体结构的石墨和属于立方晶系中面心立方布喇菲点阵的金刚石。（如图）

石墨,简单六方晶体结构模型

金刚石,面心立方布喇菲点阵晶体结构

    自然界中有些元素的原子具有两种或两种以上不同晶体结构的,我们称之为同素异型体,碳就是其中之一,而有些元素当温度变化时,晶体结构会发生转变比如铁元素,当温度升高时,体心立方晶体铁,会转变成面心立方晶体的铁,我们称之为同素异型转变。正由于铁有这种物理特性，才使钢铁可通过热处理达到所需要的性能,从而使钢铁有如此广泛用途。而石墨烯的晶体结构其实就是石墨的单层原子二维结构，全称为碳六元环二维蜂窝状点阵结构。(如图)

石墨烯晶体结构模型

钢中铁和碳化合物的晶体结构和碳固溶于铁中的结构

      那么石墨烯是如何发现和研制出来的呢? 2004年，英国曼彻斯特大学教授安德烈•海姆和康斯坦丁•诺沃消洛夫在实验室首次研制成功二维石墨烯，并证明了这种二维单原子结构的石黑烯能单独存在，说起两位科学家研制出石墨烯的方法其实也很简单：他们从石墨中精选出层状石墨薄片，然后用特制的胶带贴住石墨薄片的两面，然后将其撕开，石墨片被一分为二，如此反复操作，最终得到单原子层的二维石墨烯。它的厚度仅为0．335纳米（nm)它有着一些非常特殊的性能，它的导电导热性远超铜和银，它的抗拉强度是钢的数十倍，硬度超过钻石，且有极好的透光性，重量轻得几乎接近零！由于石墨烯有如此优越的特性，展现出诱人的应用前景，在世界上引起极大的轰动，安德烈•海姆和康斯坦丁•诺沃肖洛夫也因此项成果获得2010年度诺贝尔物理奖。从2004年以来，发达国家和中国这样的发展中国家均投入了大量的科研力量从事石黑烯的研究。石墨烯的应用领域也越来越广范。

       由于石墨烯有极好的导电性和透光性，且重量几乎为零，所以在微电子学领域得到广泛应用，如超微型晶体管，量子霍尔效应元器件等等。同时在超级计算机，光电传导以及太阳能电池等领域也展现了广扩的应用前景，甚至有科学家认为石墨烯在未来有可能取代硅，成为微电子学领域的主体材料。

       石墨烯有极高的强度和硬度,举个例子,如果石墨烯厚度达到通常使用的塑料袋厚度,其可承载的重量是两吨!可预期用石黑烯作为填充的材料可广范用于民用和军事领域。用石墨烯制作的防弹衣将会是既坚固又轻便。            

       中国科技大学吴恒安教授和英国曼彻斯特大学教授海姆合作的科研项目：《氧化石墨烯薄膜与水作用》课题取得重大进展,氧化石墨烯在水中可形成0.9纳米的毛细通道,可起到过滤或阻隔水中粒子的作用,如果能做到控制毛细通道的大小,使水中的钠粒子和氯粒子阻隔,那将会应用到海水的淡化和净化方面,这将在海水淡化领域展现宽广的应用前景。今年5月8日，中航工业航空材料研究院燕绍九，杨程等几位科研人员，用石黑烯和铝合金粉末，应用粉末冶金方法，研制成功合金烯，开创了石墨烯在金属材料中应用的新途径，这将在材料科技领域带来重大变革。尽管现在我们还不完全了解石墨烯纳米粒子在金属中扮演的是什么样角色?它们在合金中存在的组织形态以及作用机理，这为粒子物理学的理论研究提供了重大课题。人们期待着这一领域的重大突破！