【專文】石墨烯:潛力無窮、未來科技的神奇材料
按2017-7-14 獨傲村夫
石墨烯(Graphene),到底是什麼東西?或許你連聽都沒聽過,它是一種被視為很可能改變未來世界的神奇材料,由於它可以應用於資訊、能源、航太、運輸、醫療等產業,具有相當大的潛力,各國學術機構以及產業界紛紛投資研發,以期搶下市場大餅。
石墨烯是由碳原子組成,形狀如六角形蜂巢晶格的平面薄膜,僅一個碳原子那麼薄,若把20萬片石墨烯薄膜疊在一起,也只有一根髮絲那麼厚。它是目前世界上已知最薄、最堅硬、電阻率最小的奈米材料(1奈米等於10億分之1米)。同樣1平方米, 石墨烯膜比1張紙輕1,000倍,強度是鋼的200倍,導電性優於銅10倍、高於矽200倍。比橡膠更有彈性,有如皮膚,吸光率僅2%,透明度極高。假如你手上拿一片石墨烯,你會發現它平到無可挑剔,透明又薄如紗,令人驚艷。
這些讓其他材料相形失色的物理特質使得石墨烯別具魅力,前景看好,成為與5G(第5代行動通訊)與AI並列為21世紀熱門的新科技,每年有關石墨烯的論文多達6萬篇,全球不管大企業或小型創投公司都想參一腳。據悉,英特爾、蘋果、IBM、三星、華為、鴻海等大廠,都有意利用石墨烯來創造產品優勢。
以往石墨烯被認為是一種假設性的結構,無法單獨存在,直到2004年,英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆(Andre Konstantin Geim)和康斯坦丁·諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov),為了證明石墨烯具有導電性與韌性,使用透明膠帶成功的分離出一片單層的石墨烯,因而證實它可以單獨存在,兩人也因為這個發現一同獲得2010年諾貝爾物理獎。
石墨烯是用途極為多樣的材料,它可以跟包括玻璃、金屬的其他元件結合,變成具有超級性能的材料,世界各國的研究人員持續探討石墨烯未來的應用領域,據他們推斷,石墨烯可能應用於下列產品:觸控螢幕如LCD或OLED、電晶體、電腦晶片、能源生成、超級電容器、DNA排序、濾水器、天線、太陽能板以及自旋電子相關(Spintronics-related)的產品。
石墨烯是由碳原子組成,形狀如六角形蜂巢晶格的平面薄膜,僅一個碳原子那麼薄,若把20萬片石墨烯薄膜疊在一起,也只有一根髮絲那麼厚。它是目前世界上已知最薄、最堅硬、電阻率最小的奈米材料(1奈米等於10億分之1米)。同樣1平方米, 石墨烯膜比1張紙輕1,000倍,強度是鋼的200倍,導電性優於銅10倍、高於矽200倍。比橡膠更有彈性,有如皮膚,吸光率僅2%,透明度極高。假如你手上拿一片石墨烯,你會發現它平到無可挑剔,透明又薄如紗,令人驚艷。
這些讓其他材料相形失色的物理特質使得石墨烯別具魅力,前景看好,成為與5G(第5代行動通訊)與AI並列為21世紀熱門的新科技,每年有關石墨烯的論文多達6萬篇,全球不管大企業或小型創投公司都想參一腳。據悉,英特爾、蘋果、IBM、三星、華為、鴻海等大廠,都有意利用石墨烯來創造產品優勢。
以往石墨烯被認為是一種假設性的結構,無法單獨存在,直到2004年,英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆(Andre Konstantin Geim)和康斯坦丁·諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov),為了證明石墨烯具有導電性與韌性,使用透明膠帶成功的分離出一片單層的石墨烯,因而證實它可以單獨存在,兩人也因為這個發現一同獲得2010年諾貝爾物理獎。
石墨烯是用途極為多樣的材料,它可以跟包括玻璃、金屬的其他元件結合,變成具有超級性能的材料,世界各國的研究人員持續探討石墨烯未來的應用領域,據他們推斷,石墨烯可能應用於下列產品:觸控螢幕如LCD或OLED、電晶體、電腦晶片、能源生成、超級電容器、DNA排序、濾水器、天線、太陽能板以及自旋電子相關(Spintronics-related)的產品。
有些人預測,石墨烯未來將篡奪矽的地位,成為積體電路的骨幹,資料處理速度將大躍進,改寫由英特爾合夥創辦人戈登·摩爾(Gordon Moore)所提出的摩爾定律(Moore's Law)。而採用石墨烯的資訊產品也會更輕、更薄、更靈活,人們使用的手機可以摺疊起來,放在口袋裡。但也有專家不認為石墨烯可以取代矽的地位,因為它只是導體,不是半導體,雖然有敏銳的導電率,卻無法阻斷電子流,這就是導體與半導體的差異所在,若要用於電腦處理器,它必須跟其他材料結合,因而削弱了石墨烯的特異功能,威力將不如預期,不過石墨烯處理器仍會強過矽處理器。
石墨烯的誕生將大幅改善電池的效益,採用石墨烯做的鋰電池,將擴充目前鋰電池2到3倍的儲能量,許多研究人員正在實驗用石墨烯或石墨烯複合材料來做電池的電極,如果實驗有成果,未來的電動車、手機和筆記型電腦,只需幾分鐘即可完成充電。
石墨烯材質既輕又韌,可以用來創造下一代的複合材料,讓工程師設計出更輕、更快、更安全的汽車與飛機。未來汽車的鈑金不容易生鏽、更省油,而飛機也不再笨重,不怕閃電,洲際飛行時間縮短,機票可能會比較便宜。
在不久的未來,使用石墨烯墨水印刷的輕型電路,可以嵌入產品包裝、衣服裡,甚至短暫的紋身在皮膚上,這些價廉、效率高的無線電路,可以驅動物聯網(Internet of Things, IoT),有些可充當聰明的電子標籤,傳遞有用的產品資訊到手機上。有些則可作為生命感測器(biosensors),追踪你的健康狀況。
在這種競爭激烈的資本主義社會,無創新就被淘汰的時代,石墨烯也成了行銷的賣點,由於石墨烯超強的導電性,塗抹一點石墨烯,即可強化原有產品的性能,英國有家公司推出可調光的「石墨烯燈泡」,在LED燈外層會塗上石墨烯,可以讓燈泡使用壽命更長,同時可減少10%的能源消耗。也有些廠商作廣告推銷網球拍、雪橇、腳踏車輪胎,號稱其產品是採用石墨烯做成的。有的科學家正在研發以石墨烯來製作假牙,利用石墨烯來淨化水質。石墨烯似乎成了人們爭做發財夢的材料。
Graphenea是一家成立於2010年,專門生產石墨烯賣給學術機構和企業研發部門的西班牙公司,該公司執行長戴拉芬特(de la Fuente)表示,目前那些使用微量石墨烯設計出來的產品,其實並無真正的技術優勢,只是噱頭而已。石墨烯真正可能廣泛應用於商業用途,首推生命感測(biosensing)領域。生命感測器是醫療診斷和藥物發現過程的關鍵組成部分。植入石墨烯晶片的現代生命感測器內可以檢測出最細微的標的分子(targeted molecules),由於石墨烯具有極高的傳導效率,能測量磁場最小的變化,因此,石墨烯是感測器最理想的材料。該公司生產的感測器已經行銷醫療市場,頗受歡迎。
劍橋大學的奈米科技教授安得烈‧費拉利(Andrea Ferrari),對石墨烯應用於生命感測器的趨勢,感到興奮。他指出,完全由碳原子組成的石墨烯,具有高度的生物相容性,植入人的身體不會產生生理惡化或不良的反應,已經有研究人員將感測器覆在牙齒上偵測呼吸,或植入腦裡來預測腦溢血發生率,有的人則正在嚐試為視力障礙的病患做出人工的石墨烯視網膜。費拉利談到的這些石墨烯應用於醫療的新趨勢,對許許多多病患而言,不啻是一大福音。
曼徹斯特大學指出,石墨烯的發現將對未來的工業產生革命性的影響,從國防工業到一般民生用品,石墨烯均可派上用場,其潛力是人們無法想像的,現在只是起步而已。
劍橋石墨烯中心(Cambridge Graphene Center)是致力於研究石墨烯屬性和商業應用的領先學術機構,身兼該中心主任的費拉利,不久前受訪時表示,如果從材料科學史看石墨烯的發展,它勢必會引發一波科技創新的風潮,包括新產品以及未曾想像過的應用,但要等個幾年,人們才會看到這樣的變化。
圖文來自網路
劍橋石墨烯中心(Cambridge Graphene Center)是致力於研究石墨烯屬性和商業應用的領先學術機構,身兼該中心主任的費拉利,不久前受訪時表示,如果從材料科學史看石墨烯的發展,它勢必會引發一波科技創新的風潮,包括新產品以及未曾想像過的應用,但要等個幾年,人們才會看到這樣的變化。
圖文來自網路
靜坐的奧秘
快節奏的現代生活讓都市人疲憊不堪,而一種清新、健康的養生方法正在流行開來,成為一種新風尚,那就是靜坐。
一、靜坐養生
中國傳統的靜坐養生方法,最早可追溯到五千年前的黃帝時代。據《莊子》一書記載,黃帝曾向名叫廣成子的人學習長壽之道,廣成子說:「無視無聽,抱神以靜,形將自正。必靜必清,無勞汝形。無勞汝靜,乃可長生。目無所視,耳無所聞,心無所知,汝神將守形,形乃長生。」
以上這段精闢的論述,實則就是在靜坐中真實感受長生之道。靜坐既可養身延壽,又可開慧增智。
二、靜坐生智慧
靜坐不但可以養生,還可以開悟增智、頓悟宇宙人生大道。
加州大學洛杉磯分校的研究發現,長期靜坐者的腦電波大部分時間都處於α波頻率,能使大腦敏捷並容易產生靈感。並使得大腦中主宰專注和身體內部感覺敏銳度的區域增厚,大腦中負責注意力與調節情緒的部分容積較大,致使提高智力。
科學家經實驗證明,通過有序的訓練,當身體和精神完全處於放鬆狀態時,其記憶力幾乎是無窮無盡的,沒有明顯的飽和點。靜坐可維持思緒清晰,注意力更集中,並可提昇洞察力的分析,增進記憶力
三、靜坐可使人精力充沛
習練過冥想靜坐的人都說,靜坐使他們精力充沛。據新科學家網站近期報導:美國肯塔基大學的科學家發現,如果你一夜沒睡,但只要靜坐40分鐘就可彌補缺覺的不足。。
四、靜坐成為一種時尚
靜坐冥想曾經被視為是一個深奧、神秘的追求,如今在美國社會已成為主流。根據2007年美國政府一份調查發現,美國靜坐人口超過二千萬,也就是每11人中就有一人在過去有靜坐的經驗。
各式的冥想課程有二百多種,多數都是將注意力集中在一個心像、一個聲音或者自己的呼吸上。雖然表面上看起來很簡單,但是實際上的確起了很大的作用。
綜上所論,静坐的作用不僅僅是強身健體、益壽延年、開慧增智,它還對探討人體生命科學的奧秘起著積極的作用,它甚至對科學技術的發展及揭開自然界之謎都有著深遠的意義和作用。
(部分文字選自學佛網 http://www.xuefo.net)
一、靜坐養生
中國傳統的靜坐養生方法,最早可追溯到五千年前的黃帝時代。據《莊子》一書記載,黃帝曾向名叫廣成子的人學習長壽之道,廣成子說:「無視無聽,抱神以靜,形將自正。必靜必清,無勞汝形。無勞汝靜,乃可長生。目無所視,耳無所聞,心無所知,汝神將守形,形乃長生。」
以上這段精闢的論述,實則就是在靜坐中真實感受長生之道。靜坐既可養身延壽,又可開慧增智。
二、靜坐生智慧
靜坐不但可以養生,還可以開悟增智、頓悟宇宙人生大道。
加州大學洛杉磯分校的研究發現,長期靜坐者的腦電波大部分時間都處於α波頻率,能使大腦敏捷並容易產生靈感。並使得大腦中主宰專注和身體內部感覺敏銳度的區域增厚,大腦中負責注意力與調節情緒的部分容積較大,致使提高智力。
科學家經實驗證明,通過有序的訓練,當身體和精神完全處於放鬆狀態時,其記憶力幾乎是無窮無盡的,沒有明顯的飽和點。靜坐可維持思緒清晰,注意力更集中,並可提昇洞察力的分析,增進記憶力
三、靜坐可使人精力充沛
習練過冥想靜坐的人都說,靜坐使他們精力充沛。據新科學家網站近期報導:美國肯塔基大學的科學家發現,如果你一夜沒睡,但只要靜坐40分鐘就可彌補缺覺的不足。。
四、靜坐成為一種時尚
靜坐冥想曾經被視為是一個深奧、神秘的追求,如今在美國社會已成為主流。根據2007年美國政府一份調查發現,美國靜坐人口超過二千萬,也就是每11人中就有一人在過去有靜坐的經驗。
各式的冥想課程有二百多種,多數都是將注意力集中在一個心像、一個聲音或者自己的呼吸上。雖然表面上看起來很簡單,但是實際上的確起了很大的作用。
綜上所論,静坐的作用不僅僅是強身健體、益壽延年、開慧增智,它還對探討人體生命科學的奧秘起著積極的作用,它甚至對科學技術的發展及揭開自然界之謎都有著深遠的意義和作用。
(部分文字選自學佛網 http://www.xuefo.net)