央视财经超震撼揭秘:一幅画,竟能供暖!揭秘可以改变世界的“新材料之王”石墨烯

134110 0 0 0 关键词: 石墨烯   

2023
07/25
23:23
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央视财经
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导读

材料被称作发明之母、工业粮食材料的研制水平和产业化规模直接决定了一个国家的制造实力和装备水平中央广播电视总台财经节目中心大型工业纪录片《栋梁之材》,聚焦材料这一大国竞争的利器、企业竞争的法宝、美好生活的支撑,凝聚近20位顶级材料科学家、院士的智慧和心血,首次以全景式的视角和史诗般的格局,对支撑中国制造

材料

被称作发明之母、工业粮食

材料的研制水平和产业化规模

直接决定了

一个国家的制造实力和装备水平

中央广播电视总台财经节目中心大型工业纪录片《栋梁之材》,聚焦材料这一大国竞争的利器、企业竞争的法宝、美好生活的支撑,凝聚近20位顶级材料科学家、院士的智慧和心血,首次以全景式的视角和史诗般的格局,对支撑中国制造高质量发展的材料产业体系进行了一次深入的探访、立体的呈现和全面的展示。

大型工业纪录片《栋梁之材》7月17日至20日,7月24日至25日,每天19:43在CCTV-2央视财经频道播出。今晚播出第六集《创新纪元》,为您讲述前沿新材料背后的故事。

改变世界的“新材料之王”!竟然是用胶带撕出来的!

一层碳原子,厚度仅有0.334纳米,却是世界上已知最薄、强度最高的材料。保鲜膜厚的石墨烯,可以承受一头大象立于铅笔之上产生的压力。它的强度是钢的200倍,导电率是银的1.6倍,导热系数是铜的13倍,它是完美的柔性透明材料。自2004年被发现以来,石墨烯备受推崇,被公认为是可以改变世界的“新材料之王”。

2004年,英国两位科学家用透明胶带粘住石墨,然后对折撕开,这样石墨一分为二又薄了一层,一遍又一遍地重复这个过程。石墨片越来越薄,最终得到了只有一层碳原子的石墨烯。

高品质石墨烯晶圆,是引领未来的战略材料,在集成电路、微机电系统和传感器等领域具有广泛的应用前景。

2020年,刘忠范团队实现了石墨烯晶圆的量产。不仅如此,他们还突破了石墨烯从铜基底往金刚石、硅基等不同基底上的无损转移。

戳视频,揭秘刘忠范团队制备石墨烯新方法↓↓↓

检测结果表明,新制备的石墨烯晶圆良品率超过95%。这意味着,他们为新一代高性能电子与光电子芯片,奠定了坚实的材料基础。

一幅石墨烯电暖画,可以为一间20平方米的房屋供暖;石墨烯异常的强韧性可以防弹;添加了石墨烯的电池,容量更大且轻便;石墨烯还可作为硅的替代品制造超微型晶体管以及新一代电子元件,从而大幅提高计算速度。

液态金属,极有可能打破科幻与现实的藩篱

1991年上映的《终结者2》,被誉为90年代的科幻经典。片中的机器人由闪耀着金属光泽的流体构成,为了伪装,它可以随意变形。无论遭遇什么伤害,都能够快速自修复。

这个震撼的形象令材料科学家刘静念念不忘。刘静研究的液态金属,极有可能打破科幻与现实的藩篱。

在元素周期表的118个元素中,金属占据96席,其中只有零星几种金属在常温下处于液态,人们把这类金属统称为液态金属。

刘静带领团队相继发现了液态金属许多超乎想象的奇特现象。比如,在电解质中,液态金属会在电极作用下发生定向运动。它们可以在比自身体积小数十倍的狭小空间自由穿梭,也可以实现坡道蠕动、自由塑形。磁场作用下,液态金属可实现变形、重构。它甚至拥有生命最基本的特征,可以产生节律性和周期性运动,就像人体心脏的跳动。

不过,迄今为止,关于液态金属的应用却少之又少。因此在科学界,液态金属仍被公认为前沿科技。

2001年,刘静团队在国际上首次提出液态金属计算机芯片冷却技术。后来,美国国家航空航天局也将液态金属散热技术列为未来前沿技术。

戳视频,了解液态金属的制备过程↓↓↓

刘静团队新制的液态金属导热膏的热导率是水冷效果的四十多倍,风冷的一千倍。这意味着,发端于中国的液态金属冷却技术,有能力解决高端芯片及器件面临的热胀难题。不久的将来,它或将成为高端计算机的标配。

耐高温、御严寒!它,如何成为“祝融号”的超级战服?

2021年5月,中国籍“祝融号”探测车从地球出发,奔向火星。

在遥远的火星,环“祝融号”温度的变化区间从1200°C到零下55°C,温差接近1300°C。面对冰与火的极限挑战,中国科学家曾寻遍全球,希望找到一种特殊的材料,为“祝融号”制作一件高温时耐火、低温下御寒的超级战服。

近乎绝热的隔热能力、质量轻到可以忽略不计,气凝胶一举打败万千对手,成为“祝融号”战服材料的不二选择。

二十万倍的扫描电镜下,气凝胶呈现纳米级网状骨架,体积超过99%的孔隙全部由空气填充。

空气是热的不良导体,被网限制的空气在气凝胶内无法流动,以致气凝胶的导热率比空气还低,它无可厚非地成了隔热材料界的超级明星。

曾从事水泥研究的沈晓冬团队制备出一种新型气凝胶。历时三个月,耐1200°C高温的动力电池隔热材料,国际首创的新型气凝胶产品诞生了。

戳视频,看国际首创的新型气凝胶产品如何制备↓↓↓

动力电池一旦热失控,从冒烟到爆炸仅需5至6秒,如果用气凝胶在电芯与电芯之间修筑一道防火墙,那么某一个电芯热扩散失控,热量不会很快传到临近电芯。

气凝胶制成的催化剂,网孔结构加大了接触面积,催化效果更加显著;气凝胶海绵般的吸附性,曾深入太空捕捉尘埃,未来或许还可以治理大气污染,甚至净化污水。作为新材料的翘楚,气凝胶向人类开放了全部可能。人类也必将带着好奇,解锁并创造更多气凝胶的未来。

传说中的超导材料,居然是这样制造出来的……

1911年,科学家把汞冷却到零下269°C左右时,发现汞的电阻突然消失了即零电阻。零电阻意味着通电不会产生热损耗,那是传说中的第一个超导体。

如今,人们陆续发现了55种元素有超导能力,并创造出上千种具有超导属性的合金、氧化物甚至有机物。在众多超导材料中,铌钛合金被认为是可以建造强大磁场的优选材料。

郭强,是全球唯一掌握铌钛超导材料制造全流程的团队的首席工程师。2010年,他们制造的产品,打败了国际上的强劲对手,获准应用在全球最大的核聚变工程实验堆ITER。

铌钛合金棒材被封装在99.99%高纯度铜管内,制成超导单芯。铜是电和热的优良导体,当铌钛合金失去超导能力时,铜可以为电流和热量提供备用通道。

在长达9万多米的细线内部,是3288根比毛发还细的芯丝,直径不到10微米,已经临近断裂的极限。这般纤细的超导线材,可以承受更大的电流,意味着通电会形成更加强大且稳定的磁场。

超导材料,被称作“当代科学的明珠”,核磁共振、磁悬浮列车、超导电机、电缆,凡是用到电的地方,超导体都可能带来颠覆性的影响。

求木之长,必固其根本

欲厦之高,必牢其基础

制造强国,必是材料强国

转载自央视财经

 
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关键词: 石墨烯
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