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石墨烯可以承受比一般材料多1000倍的电流,比我们想的更疯狂!


2016/12/25 17:55:11 编辑:admin 来源:本站整理 
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  • 就在你认为石墨烯(graphene)不再令人印象深刻, 以及不再有2016年令我们惊讶的表现时, 在这一年的最后阶段, 石墨持续表现相当出色。


     

    一项新研究显示, 石墨烯能够承受比我们之前预期更大的电流, 远远超过一般材料, 使它成为下一世代超快速电子器件的完美结构单元。


     

    奥地利维也纳科技大学(TU Wien)应用物理研究所的研究员之一伊莉莎白‧葛鲁博(Elisabeth Gruber)说:「比起在正常情况下会导致材料破坏的电流密度, 高出大约1,000倍。 」


     

    「但是在这些距离和时间尺度上, 石墨烯能够承受如此极端的电流, 而不会遭受任何损坏。 」


     

    石墨烯可以承受比一般材料多1000倍的电流,比我们想的更疯狂!_arp联盟


     

    要说明清楚, 我们在这里谈论的不是石墨烯如何有效地导电。 在今年初, 科学家已经设法将材料变成超导体, 能够穿梭具有零电阻的电子。


     

    这是一件大事, 而且足以让石墨烯再保有一年’神奇材料’的头衔。


     

    这项最新研究不是在看电流的效率, 而只是在看这个材料可以处理多少电流。 特别地是, 在短时间内它可以处理多少电子经由它来充电。


     

    而研究结果是令人印象深刻的。


     

    如果你需要快速复习, 石墨烯是一片一个原子厚、蜂窝格子状的碳片, 在奈米级尺寸上展现一些不可思议的特性。 它比钢铁还要坚固, 比钻石还要坚硬, 而且有不可思议的灵活性。 而且现在看起来, 它好像能够承受高电荷密度。


     

    为了弄明白这点, 这些研究人员在石墨烯片上炸开带正电荷的氙(xenon)离子, 导致大量的电子从石墨烯粉碎的地方被扯掉。


     

    想像一下这些氙离子扯掉石墨烯的电子, 就好像在一片灰尘中扔一颗网球。


     

    石墨烯可以承受比一般材料多1000倍的电流,比我们想的更疯狂!_arp联盟


     

    单独一个氙离子可以从石墨烯薄膜的一个微小区域窃取超过20个电子, 听起来可能不太多。 但想像每个碳原子从只有6个电子开始, 对于材料的稳定性来说, 这是一件大事。


     

    结果, 周围的碳原子带有极大的正电荷。


     

    当氙离子通过时, 它还把整个碳原子推挤出石墨烯片, 但是这比损失所有那些电子的影响要小得多。


     

    在一般材料中, 电子会快速嚐试修复不平衡, 但它无法快速地发生, 因此材料会开始失灵(分解)。


     

    来自德国德瑞斯顿‧罗森多夫‧汉姆霍兹研究中心(Helmholtz-Centre Dresden-Rossendorf)的小组成员李察威尔翰(Richard Wilhelm)说:「你现在期望发生的是, 这些带正电荷的碳离子彼此排斥, 在所谓的库侖爆炸 (Coulomb explosion)中飞走, 然后在材料中留下大空隙。 」


     

    「但令人惊奇地, 情况并非如此, 在石墨烯中的正电荷几乎瞬间被中和。 」


     

    因此, 石墨烯能够有办法以全新的电子, 几乎立即填补裂开的电子空穴;意味着它在短时间内, 传送极高密度的电流。


     

    石墨烯可以承受比一般材料多1000倍的电流,比我们想的更疯狂!_arp联盟


     

    然而在我们说短时间的时候, 我们是在说那些在只有几个飞秒(千万亿分之一秒)时间, 冲进来储存一天的新的电子。


     

    葛鲁博说:「材料到氙离子造成的破坏的电子反应是极为快速的。 」


     

    「来自石墨烯膜相邻区域的强电流, 在正电荷彼此互相排斥造成爆炸之前, 迅速地补充电子。 」


     

     要造成这种现象, 石墨烯必须承载的电流密度量大约是一般任何材料所能容忍的1,000倍。


     

    需要进一步的研究来确切了解这是如何发生, 但对于工程师想要在未来做出超快速电子器件来说, 这是不可思议的消息, 因为石墨烯可能是足够耐用的材料, 来处理这样的强电流。


     

    研究小组领导人弗里茨‧奥玛亚(Fritz Aumayr)说:「希望是由于这个原因, 有可能使用石墨烯来做出超快速电子器件。 石墨烯看起来好像也非常适合用于光学, 例如用于连接光学和电子元件。 」

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