回想起2014年的時候，當(dāng)中國的A股市場還徘徊在7年大熊市的尾部，石墨烯概念股卻集體逆勢飆升，風(fēng)頭一時無兩，轉(zhuǎn)瞬之間，這種新材料就成為了人們的一大熱議話題。作為一種比鋼鐵強(qiáng)韌200倍的新材料，石墨烯僅有一個原子的厚度，同時更兼具了彈性好、導(dǎo)電性強(qiáng)、透光率高等諸多優(yōu)質(zhì)性能于一身。

　　

　　據(jù)了解，石墨烯本來就存在于自然界中，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。將石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。例如用鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

　　

　　資料顯示，在2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實(shí)它可以單獨(dú)存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。然而，如今相距被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)僅10余年時間，全球石墨烯制備技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用都處于起步階段。

　　

　　由于石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，可謂“新材料之王”， 也因此被譽(yù)為“黑金”。甚至有科學(xué)家預(yù)言，石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”，從而極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。

　　

　　就是這如此多“光環(huán)”加持，“牛逼閃閃”的新材料，如今得到了又一新階段的研究成果，確實(shí)可喜可賀。小編今日就為大家談?wù)勥@種在我們LED產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用前景，也同樣廣受看好的新材料——“石墨烯”。

　　

　　取代稀土元素？

　　

　　近段時間，國內(nèi)外的研究學(xué)者利用石墨烯進(jìn)行的研發(fā)就取得了重要進(jìn)步。首先是來自中國臺灣清華大學(xué)的研究人員，他們在《ACSNano》上發(fā)表了一篇文章，聲稱使用了稀土元素以外的材料制作出可以發(fā)白光的LED產(chǎn)品。

　　

　　據(jù)介紹，這個LED是以堿金屬鍶為基礎(chǔ)，搭建了金屬有機(jī)框架(MOF)，在MOF的上下分別結(jié)合了石墨烯等材料，構(gòu)成了可以直接發(fā)出白光的LED。

　　

　　這里提到的MOF，是由金屬離子和有機(jī)材料配合形成的。過去的20年，它被廣泛應(yīng)用做化學(xué)分離器、藥物輸送、氣體儲存、催化等領(lǐng)域。然而，因?yàn)镸OF一般多孔、導(dǎo)電性差的原因，一直以來在光電領(lǐng)域都極難見到這個材料。

　　

　　事實(shí)上，在早期的研究過程中，可以發(fā)出白光的MOF基本都是由不同種稀土元素復(fù)合在一起。研究人員要解決以上問題，就必須改用導(dǎo)電性能較好的元素，與此同時，這個元素也要能在激發(fā)下發(fā)射款頻段的光。于是研究者嘗試換用了有機(jī)配體，使用了堿土金屬鍶制備MOF材料。

　　

　　他們表示，在MOF表面，加上了透明電極石墨烯，既提高了載流子遷移率，也不會特別影響光學(xué)性能。又由于石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，新型白光二極管的導(dǎo)熱性能更好。研究者在MOF材料外圍，還組合了石墨烯、二氧化硅、氧化鋅，使其在電驅(qū)動可以發(fā)光。

　　

　　使用MOF材料來制造發(fā)光器件，無疑給了人們一個全新的思路。測試的結(jié)果也表明，作為發(fā)光器件，其光線的顯示范圍非常接近于自然光，作為半導(dǎo)體器件，其穩(wěn)定性也較好，在測試的兩個月期間，幾乎沒有性能下降。

　　

　　另一方面，這種材料更是別具環(huán)保意義。在如今稀土元素越來越少的狀況下，新型LED不使用稀有元素，大幅減少使用量，確實(shí)能夠起到節(jié)約資源的作用。此外，減少稀土元素的開采，對因此而造成的環(huán)境污染，也能得到有效控制。

　　

　　并且，由于新材料發(fā)射出的光線與自然光非常貼近，不會有強(qiáng)烈的藍(lán)色光出現(xiàn)。由于不用遮擋其他顏色光，發(fā)光效率得以大大提升。減少了電力的消耗，溫室氣體的排放量也會降低。

 

　　“零缺陷”的石墨烯

　　

　　當(dāng)下，國際上有很多企業(yè)都在生產(chǎn)“石墨烯”，因其屬于二維材料，能生產(chǎn)結(jié)構(gòu)“零缺陷”的高品質(zhì)石墨烯卻可謂少之又少。雖然石墨烯的發(fā)展前景備受看好，但從過去至今，全球研究人員一直都在尋找制造無缺陷石墨烯的低成本方法。好消息是，近日德國化學(xué)家對外宣布找到了一種廉價生產(chǎn)無缺陷石墨烯的方法。

　　

　　消息指， 目前的石墨烯制造技術(shù)，在產(chǎn)品的大小、面積和瑕疵(影響導(dǎo)電性)等方面都有待改良，因此半導(dǎo)體工業(yè)暫時還未真正應(yīng)用石墨烯。終于在近期，一支由AndreasHirsch教授領(lǐng)導(dǎo)的FAU研究團(tuán)隊(duì)在減少石墨烯的瑕疵這方面實(shí)現(xiàn)了突破。

　　

　　據(jù)外媒報道，德國埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)(FAU)的化學(xué)家如今已率先成功地用石墨生產(chǎn)出了無缺陷石墨烯。這項(xiàng)研究成果最近發(fā)表在《自然通訊》上。

　　

　　一直以來，常用的石墨烯傳統(tǒng)制造方法，都是采用石墨的化學(xué)剝脫。這種方法首先要將金屬離子嵌套在石墨(由碳構(gòu)成)中，形成插層化合物，再用溶劑把單層碳原子，也就是石墨烯分離下來，最后把穩(wěn)定后的石墨烯從溶劑中分離出來。問題在于，在這個過程中，由于晶格中碳原子的水合或氧化作用，最終得到的石墨烯也就可能出現(xiàn)缺陷。

　　

　　這次，F(xiàn)AU的研究人員利用添加劑苯甲腈，發(fā)現(xiàn)了一種直接用溶液制造無缺陷的石墨烯的方法。他們在這種溶液中添加了苯甲腈，從而讓石墨烯能夠在不產(chǎn)生多余的官能團(tuán)的情況下被分離出來，因此得到的石墨烯是無缺陷的。

　　

　　用這種方法制造出的石墨烯既能夠無缺陷地切割，也可以通過設(shè)定載流子的數(shù)量獲得特定電學(xué)性質(zhì)。用這種方法生產(chǎn)出來的石墨烯的質(zhì)量比以往任何方法都要高得多。令人欣慰的是，這項(xiàng)技術(shù)效率很高，成本卻較為低廉。

　　

　　Hirsch教授稱，這個發(fā)現(xiàn)對于還原石墨烯合成領(lǐng)域的專家來說具有突破意義，根據(jù)這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，專家預(yù)計用濕化學(xué)剝脫法制造的石墨烯的方法會取得巨大進(jìn)步。比如，可以為半導(dǎo)體和感應(yīng)器技術(shù)切割無缺陷的石墨烯。

　　

　　此外，F(xiàn)AU的研究人員設(shè)計的方法還具有另一項(xiàng)優(yōu)勢：在反應(yīng)中，還原后的苯甲腈分子只要不接觸氧氣或水，它就會變成紅色。根據(jù)變色，研究人員就能很容易地用吸收測量法對載流子進(jìn)行計數(shù)。之前，只能通過測量電壓來計算載流子數(shù)量。這意味著，石墨烯和電池研究人員現(xiàn)在有了測量充電狀態(tài)的新方法。

　　

　　據(jù)統(tǒng)計，在中國有著世界上最龐大的石墨烯研究隊(duì)伍和全球三分之一的專利數(shù)量。目前，近20個石墨烯產(chǎn)業(yè)園在建或已經(jīng)建成，300多家企業(yè)從事石墨烯及相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)研發(fā)或?yàn)槠涮峁﹥x器設(shè)備。中國石墨烯行業(yè)正從基礎(chǔ)研究向產(chǎn)業(yè)化過渡，未來有可能在觸摸屏、柔性電子器件等領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

　　

　　因發(fā)現(xiàn)石墨烯而獲得諾貝爾物理學(xué)獎的物理學(xué)家安德烈·海姆表示，從世界范圍來看，各國在專利申請方面都存在共同問題，即科研機(jī)構(gòu)申請的專利數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過企業(yè)，但真正做成商業(yè)化的較少。目前，在商業(yè)化應(yīng)用方面中國處于引領(lǐng)位置，這主要由于中國對石墨烯的發(fā)展非常重視和支持。

　　

　　當(dāng)前在世界各國謀求新一輪科技與產(chǎn)業(yè)升級的大背景下，石墨烯材料的應(yīng)用研究已經(jīng)被許多國家提升至國家戰(zhàn)略高度。

　　

　　目前，包括英國、美國、西班牙、韓國等國家均對石墨烯的研發(fā)投入大量資金。《中國制造2025》技術(shù)路線圖更是明確指出，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)“2020年形成百億產(chǎn)業(yè)規(guī)模，2025年整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破千億”的發(fā)展目標(biāo)。