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石墨烯:那些我们不知道的本事


来源:中国化工报

[导读]  石墨烯被誉为“新材料之王”,具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种革命性的材料。

中国粉体网讯  5月20~26日,2018年全国科技活动周暨北京科技周主场活动在中国人民革命军事博物馆举行。今年的科技周活动以“科技创新 强国富民”为主题,通过展品、展板、视频、动画、图片、实物模型、互动体验等形式,向民众集中展示了460余项科技创新成果。而在这次的科技周活动现场,前来参观的市民中,有很多人都被展出的各种石墨烯产品吸引了过去。


我们都知道,石墨烯被誉为“新材料之王”,具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种革命性的材料。


让窗户变聪明


在展会的科技创新“加速度”展区,展示着各种各样的新材料展品。其中,一扇“聪明”的窗户,引起了大批观众的围观。


聪明的窗户?哪里聪明了?为什么聪明?对于这些问题,工作人员故作神秘地笑了笑,并未立即回答,而是拿出了一个充电宝,将连接在窗户上的USB线插在了充电宝上,并打开了开关。随即,窗户玻璃的颜色竟然开始发生变化,由无色慢慢变成了深蓝色,透明度也慢慢变低,到了最后,整扇窗户已经完全不透光了。


“这是一扇加了智能调光膜的窗户。”工作人员解释说,智能调光膜是一种新型光电产品,集遮阳与降低辐射为一体,具有独特的透光与保温功能。夏季可动态调节太阳光透过率,对透过的光和热量进行控制,有效降低室内温度;冬季可恢复光线与热量的透过能力,阻断室内热量散失。


“为大家展示的这种智能调光膜是基于石墨烯透明导电薄膜制备的。”工作人员补充道。


这时候,一名似乎有着专业背景的观众问道:“那这和传统的智能调光膜比,究竟好在哪呢?”


工作人员解释说:“目前的智能调光膜产品中的透明导电电极主要使用的是氧化铟锡材料,又叫ITO材料。它具有透光性好、面电阻低、工艺成熟等优点。但是,ITO不耐弯折,在生产、运输和使用过程中容易发生断裂导致报废。除此之外,铟矿储量稀少而分散,开采和回收都很困难。随着资源的不断消耗,ITO的成本将不断攀升。”


工作人员表示,与传统的ITO透明导电材料相比,石墨烯具有柔性优势,易于应用在聚酯(PET)等柔性基底上,这就扩大了产品的应用范围。而采用剥离还原法制备高品质石墨烯及其浆料的方法与工艺,对制取设备的要求很低,生产成本极低,这样就能够全程大尺度、连续化生产。


据介绍,建筑外窗与透明玻璃幕墙是外围护结构中热传导、热扩散最活跃和热损失最严重的部位。智能调光膜可以作为建筑玻璃的夹芯或内外贴膜,通过对入射光线的调节与热能的阻隔,实现对经由窗户进出热量的控制。自动变色的效果,也让家里不再需要遮阳窗帘或外遮阳隔栅。


对于智能调光膜未来的前景,工作人员讲道:“智能调光膜未来的发展方向是更好的性能和更低的成本,具体表现在需要精确的控制器,更快的透光率转换速度,不透光状态下避免彩色,调光范围更大,减少生产成本;设计更通用、更可靠的照明控制算法,以适应不同用户、不同气候条件、不同暖通空调系统的要求。产品如果实现柔性化,应用范围将进一步扩大,不但能够应对各种形状的表面,还可以融入可穿戴设备,例如可变色迷彩服等。”


让聋哑人说话


就在这个“聪明”窗户展区的不远处,还有大量的观众被石墨烯“人工喉”吸引,不时发出声声惊叹,纷纷对这项能够改变聋哑人命运的高科技点赞。


这项技术由清华大学任天令教授团队研发,1年前在《自然通讯》上发表了这一成果。在活动现场,观众在感慨该技术功能的同时,对石墨烯“人工喉”的工作原理却难以理解。为此,任天令教授的弟子、清华大学助理教授田禾就在现场为观众进行讲解。


“简单地说,石墨烯这种材料具有感知声音、发出声音的功能,同时,还具有柔性,适于穿戴。大家可以将‘人工喉’”想象成一个理想的收发一体集成声学器件。”田禾解释道,一般人听不懂先天失声的人在说些什么、表达什么,这时就需要把正常人听不懂的声音进行转化,如感知喉咙的微微振动。这些振动是来自失声者肌肉振动的信号,虽然非常微弱,但是“人工喉”能够把这些非规范的声音和振动全部捕捉到,再转换成我们听得懂的声音振动信号。


例如,“人工喉”佩戴者发出“啊”的时候,电路会判断聋哑人发出的是哪种“啊”,然后替换为提前录制好的声音。这样一来,就可以在聋哑人发出一个拖长音的“啊”时,自动帮助其发出“你好”的声音了。


现场一位小朋友兴奋地问道:“那以后动物是不是也能用‘人工喉’与人进行交流呢?”别说,这还真的是一个值得期待的研究方向。(粉体网编辑整理/默然)

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