中文 | EN
|
時(shí)間:2017-09-06 來(lái)源:今日頭條 |
石墨烯是一種由碳原子組成的蜂窩狀平面薄膜,是一種只有一個(gè)原子層厚度的準(zhǔn)二維材料。作為最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料,石墨烯被稱(chēng)為“黑金”,是“新材料之王”,科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”。今天,小編帶大家來(lái)看看石墨烯的最新應(yīng)用成果! 石墨烯 1.智能石墨烯人工喉——有望輔助聾啞人“開(kāi)口說(shuō)話(huà)” 智能石墨烯人工喉,其利用石墨烯的熱聲效應(yīng)來(lái)發(fā)射聲音,利用石墨烯的壓阻效應(yīng)來(lái)接收聲音,實(shí)現(xiàn)了單器件的聲音收發(fā)同體。器件使用的多孔石墨烯材料具有高熱導(dǎo)率和低熱容率的特點(diǎn),能夠通過(guò)熱聲效應(yīng)發(fā)出100Hz-40kHz的寬頻譜聲音;其多孔結(jié)構(gòu)對(duì)壓力也極為敏感,能夠感知發(fā)聲時(shí)喉嚨處的微弱振動(dòng),可以通過(guò)壓阻效應(yīng)接收聲音信號(hào)。因此,這種器件能夠準(zhǔn)確感知聾啞人低吟、尖叫等特殊聲音,并將這種“無(wú)含義聲音”轉(zhuǎn)換為頻率、強(qiáng)度可控的聲音,有望輔助聾啞人“開(kāi)口說(shuō)話(huà)”。該項(xiàng)工作被人民網(wǎng)、新浪科技、清華新聞網(wǎng)等媒體報(bào)道。 智能石墨烯人工喉 2.石墨烯硅柱陣列異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池 清華大學(xué)任天令教授團(tuán)隊(duì)從理論和實(shí)驗(yàn)研究了提高石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池效率的方法。該研究從理論上提出了石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的理論模型,模型分析顯示,通過(guò)控制石墨烯層數(shù),調(diào)節(jié)石墨烯功函數(shù)和增加防反射層,最多可實(shí)現(xiàn)9%的轉(zhuǎn)化效率。根據(jù)理論預(yù)測(cè)結(jié)果,團(tuán)隊(duì)制備了石墨烯/硅柱陣列異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池,從實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了高達(dá)7%的轉(zhuǎn)化效率。該研究從理論和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)性地研究了石墨烯在太陽(yáng)能電池中發(fā)揮的關(guān)鍵作用,對(duì)于石墨烯太陽(yáng)能電池的發(fā)展具有重要意義。 石墨烯硅柱陣列異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池 3.石墨烯助力“類(lèi)腦芯片的研制” 類(lèi)腦計(jì)算概念的提出,為微電子芯片的徹底革新提供了嶄新的途徑。人腦中有數(shù)以?xún)|計(jì)的神經(jīng)元,不同的神經(jīng)元之間又由突觸所連接,在這張龐大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,突觸扮演著最為基礎(chǔ)和重要的角色,突觸強(qiáng)度的可塑性是實(shí)現(xiàn)記憶和學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。利用雙層旋轉(zhuǎn)石墨烯,結(jié)合氧化鋁作為離子傳輸層實(shí)現(xiàn)了類(lèi)突觸器件,同時(shí)通過(guò)背柵作為神經(jīng)調(diào)節(jié)器,來(lái)控制突觸后輸出電流信號(hào)的強(qiáng)度。在負(fù)的背柵電壓下,可實(shí)現(xiàn)興奮型的類(lèi)突觸行為,在正的背柵電壓下,能夠?qū)⑼挥|行為調(diào)制成抑制型,并且還能夠模擬突觸發(fā)育的全過(guò)程。該研究為芯片模仿人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更高程度的智能提供了可能,在相關(guān)領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)的意義。 石墨烯動(dòng)態(tài)突觸器件示意圖和測(cè)試結(jié)果 4.石墨烯紙基壓力傳感器 石墨烯紙基壓力傳感器,通過(guò)熱還原手段,將多層混合的氧化石墨烯溶液與紙材料轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬邮┘?。利用石墨烯紙層間的空氣通道以及紙材料獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu),有效使得石墨烯紙?jiān)趬毫ψ饔孟?,阻值發(fā)生顯著變化,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的高靈敏度探測(cè)。該器件在可穿戴應(yīng)用方面具有極高的靈敏度,從而實(shí)現(xiàn)脈搏、呼吸以及多種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的精確檢測(cè),對(duì)于柔性智能可穿戴傳感器的發(fā)展具有重大意義。此外,這一新型石墨烯紙基器件還具有環(huán)保、低成本、高柔性等突出特點(diǎn)。 石墨烯壓力傳感器示意圖和測(cè)試結(jié)果 5.石墨烯耳機(jī)——有望應(yīng)用于人與動(dòng)物的交流 利用激光直寫(xiě)技術(shù),制備出新型柔性石墨烯耳機(jī),相比于傳統(tǒng)電磁式耳機(jī),該耳機(jī)具有柔性和超薄的特點(diǎn),以及低成本、高速和無(wú)需轉(zhuǎn)移的優(yōu)勢(shì),此外該石墨烯耳機(jī)能覆蓋可聽(tīng)域和超聲域,具有比商用耳機(jī)更為廣闊而平坦的聲頻譜輸出。相比于可聽(tīng)域,動(dòng)物的聽(tīng)覺(jué)對(duì)超聲頻段的聲音更為敏感,因此石墨烯耳機(jī)不僅可以應(yīng)用于人,還有望應(yīng)用于人與動(dòng)物的交流,團(tuán)隊(duì)基于該石墨烯耳機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)物行為的控制。 石墨烯耳機(jī) 石墨烯的用處遠(yuǎn)不止以上這幾種,作為“新材料之王”,石墨烯被廣泛應(yīng)用于發(fā)聲器件、智能石墨烯人工喉、新型石墨烯阻變存儲(chǔ)器、光譜可調(diào)的石墨烯發(fā)光器件、石墨烯仿生突觸器件、可調(diào)石墨烯應(yīng)力傳感器等諸多方面。
|