手機充電僅需幾秒？手機屏幕能折疊彎曲……這些或許都將因為有“21世紀神奇材料”之稱的石墨烯面世而成為可能。

 

　　石墨烯的發現者之一、諾貝爾物理學獎得主安德烈·海姆這樣描述：“石墨烯對很多人來說就像愛麗絲仙境一樣，非常神奇。”

 

　　作為目前發現的最薄、最堅硬、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是新材料之王，科學家甚至預言石墨烯將徹底改變二十一世紀，而關于石墨烯非凡應用的新聞也不斷冒出史上最薄的燈泡；手機充電只需要幾秒……

 

　　石墨烯到底有多神奇，是否會給生產生活帶來“顛覆性”變化，讓我們走近石墨烯一探究竟！

 

　　石墨烯：神奇的“新材料之王”

 

 

　　中國是石墨資源大國，也是石墨烯研究和應用開發最活躍的國家之一，科學家和產業人士正將目光聚焦在它身上。

 

　　國內不少研究人員、企業也早已投身石墨烯應用的研究，隨著技術的進步，未來，必將在全球范圍內展開石墨烯制備和應用的產業化浪潮。石墨烯，實際就是從石墨材料中剝離出來、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于無數層石墨烯疊在一起。“它是迄今為止自然界最薄、強度最高的材料，可以被無限拉伸，彎曲到很大程度而不斷裂，還可抵抗很大的壓力。”安德烈·海姆說，它還有著非同尋常的導熱性和導電性。

 

　　“石墨烯導電率高，化學結構又十分穩定，是一種用于移動電池、電源很理想的電極材料。”中國科學院院士、中國科學院金屬研究所研究員成會明表示，石墨烯可以和電子元件、電子設備進一步結合使用，以此提高其他儲電設備的儲電率。

 

　　石墨烯另一個奇特之處在于“零滲透”——所有氣體、液體都無法滲透。這也使得石墨烯產品有了“針插不進、水潑不進”的本事。讓人感到驚奇的還遠不止這些。石墨烯具有超強吸附性，科學家正在研究用它做過濾裝置，用于海水淡化、污水處理等領域；它又具有非常好的透光性，適合作為透明電子產品原料。

 

 

 

　　在LED照明領域，石墨烯又能做些什么呢？下面就帶領大家從專利角度來一窺究竟。經過簡單的在中文數據庫中檢索，發現石墨烯在照明領域應用的在華專利申請始于2008年，之后申請量每年遞增，至今累計專利申請有1000余份，其中90%以上的申請人來自國內申請人。主要涉及H01L和F21S兩大類，F21S領域的申請基本是國內申請人，主要是利用石墨烯的導熱性能，涂覆與光源或者燈具表面散熱，申請人較多，主要以企業和個人申請為主，在此不多做描述。

 

　　在H01L領域，排在前十的申請人主要是國內的科研院所和高校，企業有京東方，IBM和韓國三星，其中IBM的申請主要是在功率半導體器件領域，韓國三星的申請涉及有LED、OLED和顯示裝置等照明領域。以專利2-8為代表，在原有結構上增設一石墨烯材料層（3，4，6，7，8），由于石墨烯的透明、導電、導熱等一系列優點，增設之后可以彌補不足，從而取得了顯著的技術效果；或者直接以石墨烯材料替原有的材料（專利5），從而取得顯著的技術效果。以改進型專利居多，這類專利技術難度相對較低，國內企業在該類型專利申請的實力不弱于國外公司，而且長期代工，技術人員積累了大量的相關經驗，更容易結合新材料的特性，提出改進的技術方案。

 

　　石墨烯在照明領域應用方面的技術開發還處于增長階段，且國外公司的領先優勢并不明顯，國內企業和研發機構，加強投入，相信是有機會趕超國外技術，在未來市場中獲得一席之地。

 

 

　　“新材料未來需求巨大。比如納米型新材料石墨烯的應用，在危險化學品類火災中不能用水去滅，但如果用石墨烯薄膜就可以。使用石墨烯材料，手機未來可能薄到跟酒店房卡差不多。”清華大學經濟管理學院教授魏杰說。石墨烯理療、保暖產品、LED用高導熱石墨烯復合材料、石墨烯防彈材料、石墨烯電熱服裝等20余種石墨烯產品被推出。

 

　　目前，被業界譽為“東方碳谷”之稱的江蘇常州，已擁有石墨烯產業技術研發和企業孵化的服務平臺；中科院重慶綠色智能技術研究院也成功制造出15英寸單層石墨烯手機顯示屏；高鐵內飾材料中已開始使用石墨烯……石墨烯技術正悄然影響著生產生活等領域。

 

　　“利用石墨烯特性研發新型防彈衣，防彈插板只需17毫米就能達到甚至超過傳統產品的防彈效果，重量還可減輕20％。”青島華高墨烯科技股份有限公司董事長施建新說。長期以來，智能手機的續航能力始終是最大短板。宋立祿說，他們研發的石墨烯新型鋰電子電池，充電時間大大縮短，手機幾分鐘就能完成充電。

 

　　中科院山西煤炭化學研究所副研究員陳成猛指出，我國石墨烯產業發展目前還存在生產成本高、產品品質待提升、上下游互動不夠等問題。“目前石墨烯行業缺乏國家標準、行業標準和企業標準，對石墨烯的質量、制備工藝、檢測設備和方法等都沒有科學統一的說法。”施建新說。

 

　　石墨烯產業必須要避免一哄而上的局面，需要整個資源進行創新布局，形成聚合效應。“產業發展有其自身規律，目前石墨烯產業還處于初級應用階段，還在量變過程中，大家應該保有耐心，培育、呵護這種新興產業健康、可持續發展。”青島高新區節能技術與新材料事業部部長張志強說。

 

　　華為技術有限公司宣布與英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究院合作，研究如何將石墨烯領域的突破性成果應用于消費電子產品和移動通信設備。可以預想，手機將繼功能機向智能機變革之后，再發生新“革命”——石墨烯的特性將使顯示屏超薄、超輕，實現可卷曲的柔性特質。

 

 

　　據統計，我國石墨礦儲量占到世界總儲量的75％，生產量約占世界總產量70％，具備發展石墨烯產業的資源基礎。截至目前，我國石墨烯企業已超過百家，并在常州、無錫、青島、深圳等地形成產業集群。

 

　　不過，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，可謂“前景光明，道路曲折”。首要困難是受限于材料生產。中科院院士、北京大學教授劉忠范說，要實現石墨烯商業化，需要生產出低成本、高品質的石墨烯成品，但制出這種石墨烯并非易事。技術層面上還有很多挑戰，批量化或大尺寸生產都還沒能實現。