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一直以來煤炭都被當(dāng)作是化工行業(yè)的原材料,用來制造塑料、燃料和溶劑等。如今,黑乎乎的煤炭終于散發(fā)出了金子般的光彩。研究人員發(fā)現(xiàn),煤炭這種低科技含量的材料擁有高科技應(yīng)用潛力,在加工煤炭的過程中適當(dāng)調(diào)節(jié)溫度就可以得到所需的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。
近日,美國麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院教授杰弗里•格羅斯曼團隊將煤炭粉碎成粉末,再經(jīng)過溶解和沉積制造出了簡單的電子加熱元件,它可以用來給汽車玻璃或飛機機翼除霜霧,或是作為生物醫(yī)用植入物的一部分。
格羅斯曼覺得,大家對煤炭的認識存在著嚴(yán)重偏差。其實,煤炭除了可以用來燒火,還有更大的價值。復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)和多變的化學(xué)組成使它的應(yīng)用有了多種可能性,煤炭可以是制作太陽能電池板、電池或電子器件的基礎(chǔ)。
“當(dāng)你把煤炭看作是一種材料,是一種不僅僅用來燃燒的物質(zhì),它豐富的化學(xué)組成就會展現(xiàn)在你面前。”格羅斯曼舉例說,自然形成的、不同種類的煤炭本身就擁有一定的導(dǎo)電性——跨越七個數(shù)量級,不需要像利用硅來制造電子器件時那樣需要經(jīng)過純化或精煉。這就意味著,一種給定種類的煤炭,其本身就能提供某一特定電子元器件所需的電學(xué)性質(zhì)。
格羅斯曼認為,這項工作的一個挑戰(zhàn)是:確定如何加工煤炭這種材料。為此,研究人員設(shè)計了一系列的步驟將煤炭粉碎成末,之后溶解到溶液中,最后在基底上沉積成一層薄薄的膜——最后一步是制作許多電子元器件的必要步驟,如晶體管和太陽能光電板。
研究團隊所制造出來的、用來證明其理論的簡易加熱元器件提供了一種如何使用這種材料的“端對端”的證明:從研磨煤炭到將其沉積成薄膜并制造出功能電子器件。現(xiàn)在,研究人員說,可能性的大門已經(jīng)打開,多樣性應(yīng)用的潛能已經(jīng)顯現(xiàn)出來。
格羅斯曼說,該新材料的潛在優(yōu)勢是,由于取材于非常廉價的基礎(chǔ)材料,因此其成本也非常低,再加上加工過程非常簡單,使其制造成本也非常低廉。例如,芯片級別的硅或石墨烯的成本主要來自于材料的精煉提純過程,做硅芯片的原材料二氧化硅其實非常便宜且數(shù)量極多,但是高精度提純過程卻耗資巨大(通常要達到99.999%的純度)。而使用煤炭粉末則具有諸多優(yōu)勢,這多虧了其性質(zhì)的可調(diào)節(jié)性、高的導(dǎo)電性以及堅固性和熱穩(wěn)定性。