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当然，燃料电池（将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置）也可以是清洁能源。燃料电池也有两个电极，看起来就像传统的电池，但它可以从一个简单的化学反应中产生电力：通过将其与空气中的氧相结合，转换成氢气到水中。这种反应会在两个电极之间产生一点点电量，为了增加电量，电极必须被涂覆催化剂。传统的催化剂是铂，但这是一种昂贵的材料。而斯坦福大学的戴宏杰的团队找出了替代材料：碳纳米管。相关的论文为《基于碳纳米管的石墨烯复合物的氧还原电催化剂》[1]。
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石墨烯也比大多数材料更具有“生物相容性”，即它不会导致身体内部的损伤或感染。意大利里雅斯特大学的实验表明，石墨烯电极可以安全地在大脑中植入。[2]
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助力海水淡化
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2015年，加利福尼亚州遭受了严重的干旱。讽刺的是，这个以高科技闻名的地方经常遭遇水危机，即便它拥有1 350公里的海岸线。原因在于加州只有两个海水淡化厂，而淡化海水常用的反渗透法需要消耗大量能量，因此，海水淡化的问题其实变成了一个能源生产问题。
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据世界卫生组织估计，目前有超过20亿人得不到生活所需的干净淡水，这也是导致每年200万人死亡的间接原因，而这些人却很多都生活在具有漫长海岸线的国家。1991年，日本物理学家饭岛澄男（Sumio Iijima）首次观察到碳纳米管，那时石墨烯还没有被发现，碳纳米管其实就相当于一层石墨烯卷成的管状物。而碳纳米管可以提供一个有效的方法来过滤海水，主要研究者是西澳大利亚大学的本·科里（Ben Corry），相关的论文为《为高效海水淡化而设计的碳纳米管薄膜》[3]。几年后，杰弗里·格罗斯曼（Jeffrey Grossman）和大卫·科恩-达努奇（David Cohen-Tanugi）在麻省理工学院的研究表明，使用石墨烯能让反渗透法淡化海水的效率成百倍的提高（参见论文《多孔石墨烯海水淡化》[4]）。之后，田纳西州橡树岭国家实验室的科学家们继续完善了这一方法。相关论文参见《使用纳米多孔单层石墨烯海水淡化》[5]。
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变革电子装置
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纳米材料有很多种，比如零维纳米颗粒、一维纳米线、三维立体纳米管等。但物理学家尤其对二维的纳米片比如石墨烯着迷，主要就是由于它们独特而强大的性能（柔韧性、导电性和光学透明性等），它们是制造电子和光学装置的潜力较大的材料。另外一种二维纳米片是MoS2，主要由斯坦福大学的托尼·海因茨（Tony Heinz）在研究。理论上讲，石墨烯也能够取代电脑芯片上的硅，因为电子在石墨烯中移动的速度比硅快多了。
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石墨烯和碳纳米管的应用几乎是无止境的。2013年，由萨巴辛·密特拉（Subhasish Mitra）和黄宜弘（Philip Wong）领导的斯坦福大学的团队创建了第一个碳纳米管计算机。[6]不同于石墨烯始终是导体，碳纳米管可以是半导体。萨布哈西的团队使用碳纳米管代替了传统的硅材料，制作出了一种全新的晶体管。不过，这台电脑非常基础，只有178个晶体管，操作系统仅能完成简单的计数和分类功能。2015年，同一个团队对该技术做出了大幅改进。他们的主要竞争对手是来自纽约的IBM。2015年维尔弗里德·亨施（Wilfried Haensch）在IBM的研究小组对碳纳米管晶体管做了进一步的改善，此时继IBM发明世界上第一个碳纳米晶体管已过去了17年。
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再如，基于石墨烯的泡沫材料是超轻型材料。2013年，中国浙江大学高超的团队制造出石墨烯气凝胶，它是有史以来最轻的材料（它对有机溶剂有超快、超高的吸附力，是吸油力极强的材料，可用于清洁海水里的漏油等）。另一个基于石墨烯的超轻泡沫材料由普利克尔·阿加延（Pulickel Ajayan）的团队于2014年在莱斯大学发明。
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还有，屏幕技术的重大革命一直是LED，但LED仅能发射一种颜色的光，不能在多个颜色之间灵活变换。2015年，清华大学任天令领导的研究小组从石墨烯中制作出了新型发光材料，仅用一个LED就可发射出不同颜色的光，几乎覆盖整个可见光光谱的所有颜色。
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“新材料革命”一触即发
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除石墨烯外，目前还有哪些强大的纳米材料可以改变普通人的生活呢？答案是，这样的纳米材料还有很多。比如，总部位于英国的P2i公司从2009年就开始生产防水纳米涂层，2012年，类似的纳米涂层被加州的Liquipel和犹他州的HzO公司先后引进。这些超强涂料可以带来防水手机、防水电脑等大众喜爱的产品。
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除了斥水，还可以斥油等范围更广的液体的纳米材料于2013年被密歇根大学阿尼什·图特加（Anish Tuteja）的团队研发了出来。[7]
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此外，纳米技术正在尝试制造无须清洗的材料，即“自清洗”材料，永远能自己保持干净。灵感也是来自自然。莲花出自污泥，叶子却如此干净，这引起了植物学家们的注意，他们研究发现，莲花叶子的材料是自清洗的，莲叶具有疏水、不吸水的表面，落在叶面上的雨水会迅速形成水珠滚离叶面，同时将灰尘一起带走。德国植物学家威廉·巴斯洛特（Wilhelm Barthlott）于1973年首先发现了莲叶自清洗背后的原理，但40多年过去了，我们还是无法找出能跟自然相媲美的方法。
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“莲花效应”长期以来只能是实验室的课题。最接近这一效应的材料是二氧化钛（防晒乳液中常用），它的特性由日本科学家藤嶋昭（Akira Fujishima）于1967年公布，藤嶋昭把它用在自家的房子的外墙上，使其变成了自清洁外墙。这意味着，只要有光（准确地说，有紫外线）或降雨均匀散布在物体的表面，它们就会像抹布一样擦拭过去。
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纳米技术可以将二氧化钛的纳米颗粒直接加入到物体的表层。如今许多新的建筑声称有“自我清洁窗户”，是因为窗户上有10纳米涂层的二氧化钛。这些“自洁窗”的效果往往随着时间变差，但每年都会有进步。例如，2015年，伦敦大学的姚璐与多个院校合作，推出了用二氧化钛纳米颗粒做成的更持久的“油漆”。[8]效果更好的自洁材料指日可待。下一代可能有很多人会不知道我们的衣物、车、窗等曾经还需要自己清洁。
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还有，量子点是极小的半导体纳米粒子（比人的头发小1万倍），但功能很强大。比如，它们可以增强电视屏幕的颜色。三星公司已经放弃了原来的OLED显示屏，转而使用量子点显示屏，亚马逊的Kindle Fire HDX的屏幕也使用了量子点。
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如今，世界上一半的能量被用于加热建筑物，由此带来了三分之一的温室气体。纳米技术能让我们用不同的方式思考。传统保持房间暖和的方法总是使用电力或煤气，往往需要消耗很多能量，我们为什么不把衣服做得足够暖和呢？斯坦福教授崔毅正在研究一种保暖的银纳米线，它甚至能自己加热。如果他能顺利找到将这种材料添加到织物中的方法，我们将有望买到“自加热毛衣”。利用同样的原理，科学家们可能也能发明“自冷却”衣服。
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石墨烯也有竞争对手。2014年，茱莉亚·格里尔（Julia Greer）在加州理工学院发明了一种陶瓷，同样也具备极轻和极坚韧的特性。[9]2015年，加州大学洛杉矶分校李小春的研究小组制造了一种超强的金属，也特别轻。这些材料不仅能帮我们建造更轻的飞机，还能制造出更轻的宇宙飞船。[10]
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石墨烯是一种自然的二维纳米片。威斯康星大学王旭东的团队如今正在研究不存在于自然界中的二维纳米片（其厚度只有几个原子）。[11]
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在石墨烯被“发现”短短十年以后，据我所知，目前已经有超过500种二维材料。许多新材料甚至还没有名字。目前，格布兰德·西德（Gerbrand Ceder）在加州大学伯克利分校发起了为材料“建档”的项目，旨在编目所有材料和它们的特性，乃至每种材料的基因组。这样一来，研究人员就能根据项目需要迅速找到相应的材料。
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新材料从实验室到市场应用的主要障碍是什么？还是老问题，即制造这些新材料非常困难和昂贵，科学家们仅在实验室制造非常微小的量以研究其特质，我们仍需找到一种简单、高效的方式来制造这些“神奇”的新材料。
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但这方面也有突破。西北大学的化学家查德·米尔金（Chad Mirkin）是国际纳米技术研究所的主任，他在1996年开创了一种制造新材料的方法，详述这种方法的论文[12]让他闻名学界，他是如今世界上论文被引用次数最多的化学家之一。
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米尔金用黄金与DNA（典型双螺旋结构）的结合创造新的材料。有趣的是，DNA被他用于“绑定”金的纳米粒子，他花了20年的时间来改进和完善这一技术。2015年，查德·米尔金在之前基础上创造了一种可以改变形状的新材料，他的技术允许同样的纳米粒子以超过500种不同的形式组装。也可以说，他发明了一种由可以“重新编程”的粒子组成的材料，即一种可以“变身”为不同材料的材料。[13]
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总之，我们正处于材料重大变革的边缘，而“材料革命”又将推动消费电子产品、生物技术、物联网以及空间探索等多个领域的革命。
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