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石墨烯做成智能涂料 一眼看出地震房屋裂損程度

早在 2012 年,華為董事長任正非在接受媒體采訪時聲稱:“這個時代最大的顛覆,是石墨烯時代顛覆硅時代”。這句話說的一點都沒錯。近些年來科學家正在加速挖掘石墨烯材料的用途,從太陽能電池到感光元件,從超級電容器到抗癌藥物……你都可以看到石墨烯的身影。

現在,科學家又為這個神奇的材料挖掘了新用途:他們開發了一種智能石墨烯涂層,它可以透過色彩變化來顯示房屋架構斷裂的地方。

石墨烯是什么?在介紹這項技術前,你可能想問,石墨烯到底是何方神圣?

曼徹斯特大學教授 Geim 和 Novoselov 在《Natural Material》發布的論文,將石墨烯定義為“一種平面單層緊密打包成一個二維(2D)蜂窩晶格的碳原子。它是元素碳的同素異形體,雖然和碳具有相同的原子數,但是由于以不同的方式排列,因此具有與之不同的性質。

這么說你可能沒什么感受不到石墨烯的神奇,讓我們類比一下吧:它的拉伸強度為 130GPa(Gigabit 帕),比鋼強 100 倍以上;它的柔性強、透通而且導電性高,并且對大多數氣體和液體不滲透。總之,幾乎沒有什么是石墨烯做不到的。

基于石墨烯各種各樣“逆天”的特質,德國萊布尼茲聚合物研究所的研究人員開發了一種智能石墨烯涂層,在房屋架構發生斷裂的地方,石墨烯涂層會透過自身色彩的變化來提醒我們。

萊布尼茲研究所復合材料系的科學家 Shang-Lin Gao 表示:世界各地的大量關于石墨烯的研究工作都著重于單層石墨烯,它為很多應用提供了功能廣泛的涂層;然而我們的工作則側重于不同大小和厚度的多層石墨烯納米片。透過重疊這些石墨烯納米片,我們首次實現了架構的可變著色。

這種色彩的變化可以精確到納米級別的機械變形。受到魚鱗反射光的啟發,參與該項目的科學家設計出一種石墨烯涂層,可放大特定波長的光,同時也會削弱一些其他光波。石墨烯薄片放置在某些特定角度上,你會發現,損壞的區域會反射紅光、黃光和綠光,完好的區域則不會反射光束。簡單來說,光的色彩可以根據一個區域所受壓力的嚴重程度而改變。因此,你可以想像利用石墨烯涂層的反射作用,透過不同的色彩程序碼來顯示特定區域損傷的嚴重程度。

這項技術的應用前景

技術相較而言是抽象的,說了這么多,你可能最關心的是石墨烯涂層技術到底如何讓生活變得更好。它最大的應用就是提供人眼難以觀測的微裂紋,以更保障人們的安全。

石墨烯做成智能涂料 一眼看出地震房屋裂損程度

涉及運輸的大部分技術都包含復雜的人造結構。通常情況下,我們很難確定橋梁和飛機結構是否完好,畢竟微小的缺陷就可能導致巨大的事故,后果不堪設想。而這種新的石墨烯涂層則可使檢查人員輕松透過色彩變化,肉眼觀察到橋梁和飛機結構出現的問題,防范于未然。

石墨烯做成智能涂料 一眼看出地震房屋裂損程度

這種材料對新太空站的建立可能更重要。將偵測設備傳送到太空非常昂貴,但是藉助石墨烯材料,宇航員目視就能檢查出設備有裂縫的位置,極有助于航太部門節約資源。一個和更多人生活息息相關的應用是在我們日常居住的房屋。很多房子一住就是好幾十年,雖然看上去飽經風霜、坑坑洼洼,但真要說出哪里有問題要修理,倒還真被問住了。

石墨烯做成智能涂料 一眼看出地震房屋裂損程度

而且,這種涂料或許會對地震多發區域的房屋建設與防護有重要作用。有了新的這種石墨烯材料,你就可以輕松地看到房屋那里出現問題,能夠更針對特定處修整,既能夠保證安全性,又省下了全面檢查的錢。不過,在我們真正使用石墨烯涂層技術之前,科學家說還需要進行更多測試,來確定涂層材料是否真能完美地完成自身的工作。

目前,石墨烯涂層的研制工作還處于早期階段。Shang-Lin Gao 教授指出,為了應對石墨烯涂層的生產量擴張、參數調控等相關的挑戰,研究和投資方面還有很多工作要做。如果這些技術得到有效的解決,變色石墨烯涂料可能會成為設計師、結構工程師眼中的無價之寶。

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