这台类方程式跑车用了石墨烯来造车身
时间： 09:24    来源：青青草原WiFi   
　　在欧洲最大的科学节日――科学在城市节（Science in the City festival）期间，汽车公司 Briggs 在英国国家石墨烯研究所发布了一辆车体采用石墨烯制成的汽车，名为 BAC Mono。据称，这是世界上第一台车体采用石墨烯制造的汽车。石墨烯的强度被认为比传统钢材强 200 倍，是制造汽车的理想材料。　　BAC Mono 看起来像是一台方程式赛车，它也确实只有一个不带风挡的座位。不过除了在赛道上驰骋之外，富豪也可以买它作为日常代步工具，只是必须佩带头盔确保安全。　　曼彻斯特大学石墨烯研究负责人 James Baker 对此表示：“石墨烯汽车是石墨烯提升现有产品性能的绝佳范例。”　　除了石墨烯车体，BAC Mono 还拥有高度可调的推杆悬挂，6 速序列式变速箱和四缸 2.5 升汽油引擎。虽然 305 匹马力不足与法拉利竞争，但它轻量高强度的车身还是展示着汽车设计的未来。
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特斯拉和石墨烯的关系只有两个字：“猜想”
近几日，在各大网站的醒目位置都能看到一条威尼斯人在线官网，称“特斯拉研发石墨烯”，同时标题还辅以“续航里程将有可能突破500英里”这样“惊悚”的标题，以至于不少人都觉得，曾经遥远的概念要化身新势力颠覆“传统电池车”了吗？
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记者仔细阅读了相关威尼斯人在线官网，发现这些文章的主要内容，均涉及特斯拉创始人Elon Musk在接受采访时发表的一段讲话，Elon Musk表示：“我们汽车的续航里程将有可能突破500英里。实际上，我们的开发进度非常快，但是汽车价格可能会随之提升。不久的将来，特斯拉电动车的续驶里程有望再度提升。”但事实上，Elon Musk并没有透露这个计划的细节。
紧接着，媒体在报道的时候都附上了一个“猜想”——“称特斯拉如果要将旗下产品的性能再度升级，可能会运用石墨烯”。也就是说，所有关于特斯拉与石墨烯的关系，都是外界的揣测而已。
“推波助澜”
众所周知，自2004年英国曼彻斯特大学的两位物理学家成功从石墨中分离出石墨烯，并证实它可以单独存在后，不仅两人收获了诺贝尔物理学奖，全世界更陷入了一场即将迎来“颠覆性新技术新产业革命”的高潮之中。
汽车界也是如此，有科学家在石墨烯出现后，预言石墨烯电池可以冲破目前铅酸电池和传统锂电池的发展瓶颈。而且在接下来的几年中，不断有零星来自外媒的报道称，有科学研究已经显示出石墨烯电池超越传统电池百倍、甚至千倍的优越性。
2014年，一则外媒报道的关于石墨烯电池的威尼斯人在线官网，再一次把这种材料吹嘘的神乎其神——“据《世界报》此前消息，西班牙Graphenano公司(一家以工业规模生产石墨烯的公司)同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池，其储电量是目前市场最好产品的三倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟。Graphenano公司计划于2015年将此电池投入生产，并且计划与德国四大汽车公司中的两家将在近期和电动汽车进行试验。”
这则最接近石墨烯电池将要量产的威尼斯人在线官网，在当时营造出了一种技术颠覆的气氛。然而，截止目前，这家所谓的“将与两家德国车企进行电动车试验”的西班牙公司，再也没有传出任何石墨烯电池的消息。
值得注意的是，尽管石墨烯电池在研究领域并未出现重大突破，但网络上关于该项目的内容比比皆是，并且大都引用了一些不知出处的外媒报道，或是以知名国际企业为佐证。
但有知情人士指出，石墨烯概念之所以能如此火爆，背后都是因为资本市场在炒作。据了解，仅我国国内的石墨烯企业已超过100家，且至少有25支股票都涉及了石墨烯概念。
有清华研究人员指出：“石墨烯电池这个技术接近于不存在，石墨烯只有在理论上能够提高充放电速率，而对于容量的提升基本没有任何帮助，其噱头意义远大于实用价值。而且石墨烯材料本身纳米材料的高比表面积等性质与现在的锂离子电池工业的技术体系是不兼容的，应用的希望十分渺茫。”另一方面，有专业人士指出，制备技术难题是阻碍石墨烯实现其潜在价值的拦路虎。
也就是说，至少在目前，市面上所传出的石墨烯电池的优越性以及“将很快投入量产”的威尼斯人在线官网，都只是“故事”而已，听听罢了。
（BAC MONO）
有趣的是，就是几天前，美国媒体autoevolution报道称英国Briggs汽车公司（Briggs Automotive Company，简称BAC）发布了一台车身以石墨烯材料制造的汽车，名为BAC Mono。
据称，该跑车的石墨烯车身是在Haydale复合材料解决方案公司协助下制造的。后轮拱的石墨烯结构纹理与车身其他部位的碳纤维有所不同，并且使用石墨烯使得后轮拱质量变轻，但强度却增大。BAC公司称，石墨烯材料的应用使得车身重量减少20%，强度却是普通钢材的200倍。因此，汽车整备质量减少，抗扭刚度却增加。BAC公司创始人Neill Briggs表示，全球首台石墨烯汽车的问世表明BAC公司创新力强，积极走在汽车和跑车领域革新前列。
Briggs Automotive Company由Lan Briggs和Neill Briggs两兄弟于2009年在英国西北部成立，Mono是在2012年由BAC造出的首批车型。
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锗烯的本征载流子迁移率大于石墨烯：第一性原理计算
叶学升1)，邵志刚1)，赵红博1)，杨磊2)，王苍龙2)
1) 华南师范大学，量子调控工程与材料重点实验室，中国 广州 510006
2) 中国科学院近代物理研究所，兰州大学物理系，中国 兰州 730000
摘& 要：本文计算了germanene的本征载流子迁移率(ICM)，它是IV族元素，类似于石墨烯结构的二维应变纳米薄片。采用玻尔兹曼输运方程和近似弛豫时间相结合的第一性原理，计算了germanene的ICM可以达到6&105cm2V-1s-1，数量级为105cm2V-1s-1，并且大于石墨烯。Germanene有较高的ICM，是因为较大的应变距离和小的有效质量。在传统的半导体产业中，锗和硅有良好的相容性，计算结果表明，germanene在纳米电子学方面应该能有很好的应用。
具有二维蜂窝结构的石墨烯，有着奇妙的性质，已经成为最广泛的研究对象，比如，在费米能级的线性分散电子带有助于它的高载流子迁移率。IV族元素中，类似于石墨烯结构的二维薄片，例如硅和锗构成的薄片分别是硅烯和germanene，具有有趣的物理化学性质，所以很容易被应用到以硅为基础的电子产业中。因此，在Ag(110)或者Ag(111)基板上，通过外延生长已制备出硅烯。近年来，germanene也吸引了广泛的研究，对具有低应变结构的germanene进行了稳定性和半金属性质的预测。最近，Bianco等人已经合成并表征了germanene (germanene的氢化物)。更重要的是，锗晶体中的激子波尔半径(23.4nm)大于硅晶体中的波尔半径(4.9nm)，锗纳米材料与硅纳米材料相比，将受到尺寸的影响。硅具有很好的相容性和高载流子迁移率，锗有着提高硅基电子器件的潜在优势。
事实上，材料的本征载流子迁移率(ICM)是半导体材料性质中的关键因素。在之前的研究中，采用第一性原理密度泛函理论，玻尔兹曼输运方程，和形变势理论已经预测了很多有机材料的ICM。采用相同的方法，我们预测了硅烯的ICM达到2.5&105cm2V-1s-1。另外，理论计算表明，germanene有着与石墨烯类似的电子能带结构，其电子载流子也是无质量的狄拉克费米子。它的应变结构导致了电子-声子间的耦合江都减弱。因此，germanene的应变结构影响它的ICM。
本文中，我们采用第一性原理密度泛函理论，玻尔兹曼输运方程，结合形变势理论，预测了germanene的ICM。我们还研究了germanene的应变结构对ICM的影响。其研究结果阐述了材料的ICM，可为进一步纳米电子学的实验研究提供理论指导。
2、 模型和算法
图1描述了低应变的germanene结构。为了更直观的描述传输特性，我们沿着两个相互垂直的方向a和b建立一个超级单元，计算电荷传输。A和b是空间扩展方向。黑色虚线表示矩形超晶胞，晶格常数a0=4.03?，b0=6.97?。使用CASTEP中的密度泛函理论，进行结构优化和能带结构的计算。采用广义梯度近似(GGA)Perdew&Burke&Ernzerhof (PBE)函数处理交换关联项。通过采用截断能为500eV的一组平面波基组和超软赝势，得到germanene结构。第一布里渊区采取49&49&1的k点。真空层的厚度为16?。键长和低应变距离分别是2.42?和0.69?。germanene的低应变距离比硅烯高(0.37-0.46?)。
根据上述的第一原理方法，germanene载流子的弛豫时间可以表示为，
&&&&&&&&& (1)
表示扩展的方向。，和分别表示第i个能带在k点的弛豫时间，群速度，和能带。是DP常数，表示二维弹性常数。
由玻尔兹曼输运理论和弛豫时间近似，ICM表示为，
&&&&&&&&& (2)
其中，是费米狄拉克分布函数。和分布表示空穴和电子。表示群速度，定义为。
3、 结果与讨论
图2描述了germanene的能带结构和态密度(DOS)。k点采样间距为10-3?得到相应结构的K点网格，被认为是群速度的精确计算。从图2可以看出，germanene有狄拉克锥，这与之前的研究相一致。在费米能级的线性分散电子带使作为狄拉克费米子的载流子的速度达到3.8&105m s-1。对于输运计算，我们将germanene的超晶胞沿着a和b的方向扩张&1.5%。为了得到germanene的弛豫时间，我们计算了费米能级移位和总能量。图3(a)描述了费米能级移位和膨缩的关系，它们符合线性关系。图3(b)描述了总能量和膨缩的关系，它们符合抛物线。是弹性常数，表示膨缩。，，和分别表示总能量，单位面积，和晶格常数。
通过图3(a)线性拟合数据得到DP常数，图3(b)抛物线拟合数据得到弹性常数。由方程(1)和(2)，我们计算了germanene的弛豫时间和ICM。表1展示了相关的结果，同时，我们还提供了germanene和有关硅烯的研究结果进行了比较。
石墨烯，硅烯，germanene的应变距离依次增大。从表1中可以看出，随着应变距离的增加，弹性常数减小。没有应变的石墨烯的弹性常数是最大的，相对于有较大应变的germanene。这个结果与力学性质与采用Quantum-ESPRESSO研究germanene是一致的，有应变结构的硅烯中的硅-硅键和germanene中的锗-锗键比石墨烯中的碳-碳键要活跃。为了解释较弱的屈服距离对弹性常数的影响，我们计算了这三种蜂窝结构的键布局数。表1显示了较强的应变距离导致小的键布局数。随着键布局数的增大，键的强度也增加。因而，大的应变距离导致小的弹性常数。另外，从表1中还可以看出，随着应变距离的增大，DP常数减小。由于这种卡口结构，当硅烯和germanene晶格形变时，这种束缚并没有直接膨缩，而是引起一个小的键能的转移。相反地，当这种形变应用到没有卡口结构的石墨烯中，膨缩直接影响着键长，因此相应的键能转移是非常大的。类似的解释已经用来分析graphynes和石墨烯的差异。
由方程(1)可知，弛豫时间跟弹性常数成正比，跟DP常数的平方成反比。表1中石墨烯，硅烯，和germanene的数据代入得12.42,19.06，和41.74。在狄拉克锥附近，germanene的弛豫时间大于硅烯和石墨烯。石墨烯的狄拉克锥形状比硅烯对称，因此石墨烯的弛豫时间大于硅烯。从方程(2)中可以看出，ICM不仅依赖于弛豫时间，还依赖于群速度和费米面的形状。因此，对于石墨烯，硅烯，和germanene，它们有着石墨结构的第IV族元素在它们的布里渊区内都有狄拉克锥，并且在狄拉克锥附近都有很高的费米速度，分别为6.3&105m s-1，5.1&105m s-1，3.8&105m s-1。表1显示，对于germanene而言，在狄拉克锥附近，较大的弛豫时间导致较高的ICM。另外，Bardeen和Shockley指出，相对于硅，锗中电子和空穴高的迁移率与膨缩能带的移动有关，这从另一个角度验证了我们的结果，germanene具有高ICM。
ICM可以表示为。散射时间增加或者有效质量减小，可以使ICM增加。germanene的ICM大于石墨烯是合理的。
基于第一性原理密度泛函，玻尔兹曼输运方程，形变势理论，我们预测了germanene中本征载流子的迁移率(ICM)。室温下，germanene中电子和空穴的ICM分别可以达到6.24&105cm2V-1s-1，6.54&105cm2V-1s-1。结果显示，germanene的ICM与石墨烯和硅烯都在同一个量级，这源于应变距离和较小的有效质量的影响。表1中，germanene中的ICM明显高于石墨烯和硅烯。采用DP理论，我们只需要考虑一个散射声子的热电子或空穴。germanene中的ICM的数量级在105cm2V-1s-1。近来，通过第一性原理计算，有些研究已经证实了石墨和h-BN为基地合成germanene。例如，Cai等人，展示了germanene在石墨烯基片上，可以是稳定的并且可以保持线性能量和低应变结构。Li等人，展示了germanene通过范德华相互作用可以稳定的附接在h-BN基底上，并且这种情况下还有很高的载流子迁移率。最重要的是，这个基底可以打开germanene中的带隙。因此，germanene在半导体工业中非常适合。然而，在纳米电子学的实际应用中，germanene的ICM还需要进一步的研究。由于germanene具有很高的ICM，并且和硅很好的相容性，在纳米点自信方面应该有很好的应用。
此文档仅用于创腾科技奖学金计划中文献交流
文章期刊号
RSC Adv., 2014,4,
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/ra/c4ra01802h/unauth#!divAbstract
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Thermofisher北方地区规模最大石墨烯浆料生产线落户青岛 青报网-青岛日报官网
北方地区规模最大石墨烯浆料生产线落户青岛
17:21来源：作者：岳柏宇
新闻热线：0
　　青岛日报/青报网讯 今日（10月28日），青岛德通纳米技术有限公司石墨烯导电剂生产线正式投产，该生产线一期投资3000万元人民币，每年可生产高品质石墨烯浆料1000吨，是目前中国北方地区规模最大的石墨烯浆料生产线。
　　据了解，该生产线由青岛德通纳米公司与清华大学、美国莱斯大学合作研发，采用了在国内独树一帜的石墨烯物理生产工艺，在国际国内行业内具有独特性和领先性。“采用物理方法生产石墨烯，可以最大程度的薄脆石墨烯晶格的完整性，从而保持石墨烯优秀的导电、导热的物理性能，同时大幅度降低了石墨烯的生产成本，让工业化大规模生产成为了可能。”公司负责人萧小月介绍到，“相比于传统化学生产工艺带来的严重环境污染，采用物理方式生产石墨烯几乎无污染。”
　　据介绍，该公司生产的石墨烯浆料将主要用于特种功能橡胶、新能源电池与海洋防腐蚀涂料的生产与改良中，汽车轮胎中加入石墨烯产品可将相应产品导热系数提高15-50倍，使用寿命增加1倍，经石墨烯该两国的锂电池，充电时间将缩短6倍，市场前景巨大。责任编辑：杨晓琛
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