石墨烯做成智慧塗料,一眼看出地震房屋裂損程度

作者 | 發布日期 2017 年 04 月 26 日 8:00 | 分類 材料、設備 , 航太科技 follow us in feedly

早在 2012 年,華為董事長任正非在接受媒體採訪時聲稱:「這個時代最大的顛覆,是石墨烯時代顛覆矽時代」。



這句話說得一點都沒錯。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:

他們開發了一種智慧石墨烯塗層,它可以透過色彩變化來顯示房屋架構斷裂的地方。

石墨烯是什麼?

在介紹這項技術前,你可能想問,石墨烯到底是何方神聖?

曼徹斯特大學教授 Geim 和 Novoselov 在《Natural Material》發表的論文,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,但是由於以不同的方式排列,因此具有與之不同的性質。

這麼說你可能沒什麼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,並且對大多數氣體和液體不滲透。

總之,幾乎沒有什麼是石墨烯做不到的。

基於石墨烯各種各樣「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慧石墨烯塗層,在房屋架構發生斷裂的地方,石墨烯塗層會透過自身色彩的變化來提醒我們。

萊布尼茲研究所複合材料系的科學家 Shang-Lin Gao 表示:

世界各地的大量關於石墨烯的研究工作都著重於單層石墨烯,它為很多應用提供了功能廣泛的塗層;

然而我們的工作則側重於不同大小和厚度的多層石墨烯奈米片。透過重疊這些石墨烯奈米片,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奈米級別的機械變形。

受到魚鱗反射光的啟發,參與該專案的科學家設計出一種石墨烯塗層,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塗層的反射作用,透過不同的色彩程式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,說了這麼多,你可能最關心的是石墨烯塗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。

涉及運輸的大部分技術都包含複雜的人造結構。

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,後果不堪設想。

而這種新的石墨烯塗層則可使檢查人員輕鬆透過色彩變化,肉眼觀察到橋梁和飛機結構出現的問題,防範於未然。

這種材料對新太空站的建立可能更重要。將偵測裝置傳送到太空非常昂貴,但是藉助石墨烯材料,太空人目視就能檢查出裝置有裂縫的位置,極有助於航太部門節約資源。

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、坑坑窪窪,但真要說出哪裡有問題要修理,倒還真被問住了。

而且,這種塗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,你就可以輕鬆地看到房屋哪裡出現問題,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塗層技術之前,科學家說還需要進行更多測試,來確定塗層材料是否真能完美地完成自身的工作。

目前,石墨烯塗層的研製工作還處於早期階段。Shang-Lin Gao 教授指出,為了應對石墨烯塗層的生產量擴張、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,變色石墨烯塗料可能會成為設計師、結構工程師眼中的無價之寶。

(本文由 36Kr 授權轉載;首圖來源:維基

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