石墨烯變材料 優化汽車、建築

編譯/韋士塔 |2022.08.27
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科學家正在研究,如何把石墨烯均勻添加至其他材料。圖/法新
福特F-150卡車部分零件的材料,含有石墨烯。圖/法新
石墨烯被認為是,迄今為止所發現的最堅固材料。圖/法新

編譯/韋士塔

石墨烯(graphene )是迄今所見最堅固的材料,過去20年來,科學家持續研究這種材料,開發其商業價值。英國已投入大量資金於石墨烯的研究,包括石墨烯在電子、薄膜、輕質材料、儲能技術、藥物傳輸與癌症治療、感應器,以及醫療裝置等方面的應用。

英國Graphene@Manchester公司執行長貝克(James Baker)指出,石墨烯除了改善某些材料的機械性能,還讓一些產業更環保,例如:建築業。貝克指出,研究團隊嘗試在混凝土加入石墨烯,用來鋪設曼徹斯特市一處滑冰場的地板,成果讓研究人員大感驚奇。

貝克把加入石墨烯的混凝土稱為石墨烯混凝土(concretene),他說:「石墨烯混凝土看起來像普通的混凝土,使用方式與普通混凝土一樣,但它具有一種『超能力』。」貝克指出,摻入石墨烯的混凝土可以快速凝固,且堅固無比;鋪設的工人開始在乾燥的區域進行拋光作業時,其他工人還在滑冰場另一端澆灌混凝土,「正常情況下,這種工程須要一周才能完工,但使用這種混凝土鋪設,不到一天就完成。」

貝克指出:「我們的實驗發現,在混凝土中添加約1%石墨烯後,將可使用較少的材料,但獲得相同的效果,如此一來,建築物使用的混凝土用量可減少3成,有助大幅減少二氧化碳排放量。」

目前,貝克與研究團隊開始在健身房地板,以及一般道路試用石墨烯混凝土,阿拉伯聯合大公國的一棟建築,也準備採用。貝克說,目前的測試均以地板鋪設為主,因為牆壁或高台的風險較大。目前為止,石墨烯混凝土的測試結果都令人滿意。

曼徹斯特大學石墨烯工程創新中心(Graphene Engineering Innovation Centre)的斯卡里昂(Lisa Scullion)表示,石墨烯混凝土的原理,類似過去使用碳纖維來強化混凝土。不僅如此,石墨烯的結構,也能改變混凝土的凝固方式。斯卡里昂說:「石墨烯改變混凝土內部的孔隙結構,讓混凝土更緊緻。以這個特點來說,使用石墨烯混凝土的建築物,可使用較少的鋼筋。」

除了混凝土,石墨烯也能提高油漆及塗料的耐久性,防止生鏽。斯卡里昂解釋:「石墨烯是由單層碳原子組成的薄片,能夠阻止水及腐蝕性離子滲透。」

曼徹斯特大學的研究人員在2004年發現石墨烯後,這種材料備受期待。專家指出,石墨烯導電性與導熱性極佳、密度極高,是應用在半導體晶片上的絕佳材料,但生產成本極高。

貝克表示,石墨烯的確是「年輕」的材料,距離商業化應用可能還有一段距離,但研究團隊正致力加速石墨烯的採用。目前,汽車公司已嘗試使用這種材料,例如:美國福特汽車的F-150卡車,部分零件就加入石墨烯,藉此增加零件強度。此外,福特也研究石墨烯在降低噪音、振動,以及提升耐熱性的應用方式。

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