手機(jī)充電僅需幾秒？手機(jī)屏幕能折疊彎曲……這些或許都將因?yàn)橛?ldquo;21世紀(jì)神奇材料”之稱(chēng)的石墨烯面世而成為可能。
中國(guó)是石墨資源大國(guó)，也是石墨烯研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)最活躍的國(guó)家之一，我國(guó)科學(xué)家和產(chǎn)業(yè)人士正將目光聚焦在它身上。
石墨烯到底有多神奇？是否會(huì)給生產(chǎn)生活帶來(lái)“顛覆性”變化？今天，讓我們走近石墨烯一探究竟。
石墨烯：神奇的“新材料之王”
石墨烯的發(fā)現(xiàn)者之一、2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主安德烈·海姆這樣描述：“石墨烯對(duì)很多人來(lái)說(shuō)就像愛(ài)麗絲仙境一樣，非常神奇。”
這種神奇物質(zhì)到底是什么？
石墨烯，實(shí)際就是從石墨材料中剝離出來(lái)、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。鉛筆芯用的石墨就相當(dāng)于無(wú)數(shù)層石墨烯疊在一起。
“它是迄今為止自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料，可以被無(wú)限拉伸，彎曲到很大程度而不斷裂，還可抵抗很大的壓力。”應(yīng)邀來(lái)華參會(huì)的安德烈·海姆說(shuō)，它還有著非同尋常的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。
“石墨烯導(dǎo)電率高，化學(xué)結(jié)構(gòu)又十分穩(wěn)定，是一種用于移動(dòng)電池、電源很理想的電極材料。”中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員成會(huì)明表示，石墨烯可以和電子元件、電子設(shè)備進(jìn)一步結(jié)合使用，以此提高其他儲(chǔ)電設(shè)備的儲(chǔ)電率。
石墨烯另一個(gè)奇特之處在于“零滲透”——所有氣體、液體都無(wú)法滲透。這也使得石墨烯產(chǎn)品有了“針插不進(jìn)、水潑不進(jìn)”的本事。“給船體涂上石墨烯涂層，海水中重金屬離子等就無(wú)法穿透這層薄膜去腐蝕船體。”青島賽瑞達(dá)電子裝備股份有限公司董事長(zhǎng)宋立祿說(shuō)。
讓人感到驚奇的還遠(yuǎn)不止這些。石墨烯具有超強(qiáng)吸附性，科學(xué)家正在研究用它做過(guò)濾裝置，用于海水淡化、污水處理等領(lǐng)域；它又具有非常好的透光性，適合作為透明電子產(chǎn)品原料。
石墨烯正從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)人們生活
“新材料未來(lái)需求巨大。比如納米型新材料石墨烯的應(yīng)用，在危險(xiǎn)化學(xué)品類(lèi)火災(zāi)中不能用水去滅，但如果用石墨烯薄膜就可以。使用石墨烯材料，手機(jī)未來(lái)可能薄到跟酒店房卡差不多。”清華大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院教授魏杰說(shuō)。
在青島舉辦的2015中國(guó)國(guó)際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)上，石墨烯理療、保暖產(chǎn)品、LED用高導(dǎo)熱石墨烯復(fù)合材料、石墨烯防彈材料、石墨烯電熱服裝等20余種石墨烯產(chǎn)品被推出。
“利用石墨烯特性研發(fā)新型防彈衣，防彈插板只需17毫米就能達(dá)到甚至超過(guò)傳統(tǒng)產(chǎn)品的防彈效果，重量還可減輕20％。”青島華高墨烯科技股份有限公司董事長(zhǎng)施建新說(shuō)。
長(zhǎng)期以來(lái)，智能手機(jī)的續(xù)航能力始終是最大短板。宋立祿說(shuō)，他們研發(fā)的石墨烯新型鋰電子電池，充電時(shí)間大大縮短，手機(jī)幾分鐘就能完成充電。
不久前，華為技術(shù)有限公司宣布與英國(guó)曼徹斯特大學(xué)國(guó)家石墨烯研究院合作，研究如何將石墨烯領(lǐng)域的突破性成果應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品和移動(dòng)通信設(shè)備。可以預(yù)想，手機(jī)將繼功能機(jī)向智能機(jī)變革之后，再發(fā)生新“革命”——石墨烯的特性將使顯示屏超薄、超輕，實(shí)現(xiàn)可卷曲的柔性特質(zhì)。
目前，被業(yè)界譽(yù)為“東方碳谷”之稱(chēng)的江蘇常州，已擁有石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)和企業(yè)孵化的服務(wù)平臺(tái)；中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院也成功制造出15英寸單層石墨烯手機(jī)顯示屏；高鐵內(nèi)飾材料中已開(kāi)始使用石墨烯……石墨烯技術(shù)正悄然影響著生產(chǎn)生活等領(lǐng)域。
石墨烯時(shí)代真正到來(lái)還需時(shí)日
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)石墨礦儲(chǔ)量占到世界總儲(chǔ)量的75％，生產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量70％，具備發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)的資源基礎(chǔ)。截至目前，我國(guó)石墨烯企業(yè)已超過(guò)百家，并在常州、無(wú)錫、青島、深圳等地形成產(chǎn)業(yè)集群。
不過(guò)，也有不少科研人員指出，石墨烯作為一種新材料，要真正走向市場(chǎng)，可謂“前景光明，道路曲折”。首要困難是受限于材料生產(chǎn)。中科院院士、北京大學(xué)教授劉忠范說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)石墨烯商業(yè)化，需要生產(chǎn)出低成本、高品質(zhì)的石墨烯成品，但制出這種石墨烯并非易事。技術(shù)層面上還有很多挑戰(zhàn)，批量化或大尺寸生產(chǎn)都還沒(méi)能實(shí)現(xiàn)。
中科院山西煤炭化學(xué)研究所副研究員、石墨烯課題組組長(zhǎng)陳成猛指出，我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展目前還存在生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品品質(zhì)待提升、上下游互動(dòng)不夠等問(wèn)題。“目前石墨烯行業(yè)缺乏國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)石墨烯的質(zhì)量、制備工藝、檢測(cè)設(shè)備和方法等都沒(méi)有科學(xué)統(tǒng)一的說(shuō)法。”施建新說(shuō)。
專(zhuān)家認(rèn)為，石墨烯產(chǎn)業(yè)必須要避免一哄而上的局面，需要整個(gè)資源進(jìn)行創(chuàng)新布局，形成聚合效應(yīng)。“產(chǎn)業(yè)發(fā)展有其自身規(guī)律，目前石墨烯產(chǎn)業(yè)還處于初級(jí)應(yīng)用階段，還在量變過(guò)程中，大家應(yīng)該保有耐心，培育、呵護(hù)這種新興產(chǎn)業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展。”青島高新區(qū)節(jié)能技術(shù)與新材料事業(yè)部部長(zhǎng)張志強(qiáng)說(shuō)。
