石墨烯帶給我們一個不同的世界

石墨烯帶給我們一個不同的世界

石墨烯、移動通信，這兩個看似八竿子打不著的名詞卻真真實實地出現在2016世界移動大會-上海，在本次大會的石墨烯展區，劍橋大學、曼切斯特大學、光子科學研究所（ICFO）、中國石墨烯產業技術創新聯盟（CGIA）等知名學府、研究所和企業帶來了大量的石墨烯原型和互動演示。石墨烯的發現者、2010年諾貝爾物理學獎得主康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）博士在石墨烯展區接受了本刊記者的采訪，暢談了石墨烯對信息產業的巨大影響，并對中國的石墨烯發展提出了建議。

作為一位科學家，康斯坦丁·諾沃肖洛夫并不關注石墨烯具體的商業模式，但他也告訴記者，他在石墨烯展區看到的大多數參展公司一開始都是基于一個科學項目而成為一個初創企業的，是以科學項目為出發點創立公司的。

康斯坦丁·諾沃肖洛夫（左）與本刊記者合影

石墨烯將改變移動通信

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料，它是目前世上最薄卻也是最堅硬的納米材料。當初是什么樣的機緣巧合發明了石墨烯呢？康斯坦丁·諾沃肖洛夫說：“其實當初在我們實驗室展開研究的時候，我們也希望能夠跳出常規的框框，能不能在我們專長領域有所探討，所以我們也部署了一些項目，石墨烯當時就是作為部署的項目之一，很多其他這方面的項目都失敗了，但是最后石墨烯大獲成功。”

“石墨烯是有不同的形式，也有不同的種類，有點像塑料的材料，比如在一些管道包括塑料袋上都有這種材料，根據具體應用而異，可以選擇這個形式，或者使用那個種類。”康斯坦丁·諾沃肖洛夫說，“對于有些應用，例如復合材料，包括印刷電子或者是能源行業的石墨烯的應用，可以通過石墨烯來提取它的天然的石墨烯的形式。在有些電子行業，包括傳感器方面的應用，可以通過合成石墨烯，也就是通過一些具體的方法讓它進行一些生長，用合成的方式去做，讓它滿足應用需求。”

如今，石墨烯被稱為“黑金”，它在移動通信領域展現的巨大潛力讓人咋舌：透明的觸摸屏、能卷起的可穿戴設備、隨時呼吸的電池、速度快幾百倍的處理器、靈性能強一千倍的傳感器，不論哪個創新，都足以撼動整個移動通信界。毫不夸張地說，石墨烯的發現，將改變移動通信的未來。作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“新材料之王”，連2010年諾貝爾物理學獎也授予了它。那么，這個新材料之王有哪些用途呢？

首先，石墨烯有望成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數百倍，這項應用在未來的數據中心、智慧城市等建設中，將發揮巨大的作用。其次，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，同時，它非常致密，即使是最小的氣體原子（氦原子）也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板。以顯示屏為例，石墨烯和現在的手機屏幕相比，不僅更薄、透光性更好，而且還具有更好的韌性，更不容易破損，甚至還能做成可以卷起的柔性屏幕。此外，石墨烯還是優質的感光元件的制造材料，使用石墨烯制造的感光元件，不僅更薄，還更便宜。據新加坡一個科研團隊展示的科研成果，石墨烯感光元件的性能比傳統傳感器強1，000倍。在昏暗的光線環境中，這類傳感器依然能夠捕捉到較為清晰的物體影像。總之，石墨烯在顯示屏、可穿戴、IoT、數據傳輸、智慧城市等領域都展現了巨大的潛力。隨著石墨烯的產業化發展和落地，人們的生活將隨之改變，它將帶給人們更加便捷和時尚的生活。

石墨烯的未來更加輝煌

“目前，石墨烯的生產方法變得越來越好，而且生產成本越來越低。”康斯坦丁·諾沃肖洛夫說，“與此同時，我們也觀察到了石墨烯作為一種材料，它和已有的技術能夠更好地融合和兼容，也就是說，現在更容易把石墨烯和現有的技術給兼容起來。當然，在未來慢慢的假以時日，也會有全新的應用類型出現，這些全新的應用如果沒有石墨烯是不可能實現的，因為石墨烯有一些獨特的特性，任何其他材料都沒有的。早在幾年前石墨烯材料成本相較于其他材料就已經比較有競爭力了，所以我認為成本并不是個問題，如何把石墨烯作為一種全新的材料集成和運用到我們現有的技術框架中，這是一個大的挑戰。”

石墨烯展現的巨大潛力，引發了全世界的關注。近幾年，全球各國都在積極布局這一有望改變未來的領域。美國、歐盟、英國、韓國、日本等發達國家都在加大有關石墨烯的投資，不僅對其進行技術研究，而且大力拓展其應用領域。令人振奮的是，中國在石墨烯領域絲毫不必上述國家遜色。

中國是目前石墨烯研究和應用開發最為活躍的國家之一。數據顯示，在所有國家中，中國申請的石墨烯專利數量最多，占全世界的1/3。在政府層面，2015年，工信部、發改委和科技部聯合發布《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》，提出將石墨烯產業打造成先導產業，逐漸實現石墨烯材料在部分工業產品和民生消費品上的產業化應用，并提出到2020年，形成完善的石墨烯產業體系。除政府支持外，中國目前已經走在了石墨烯產業化的前列，涌現出了一大批石墨烯相關企業，產業方向集中在石墨烯的制備以及儲能、觸摸屏和涂層等幾個應用領域。

“中國對于石墨烯技術的應用和研究有比較好的聲望，當然中國現在的問題就在于對石墨烯的應用與研究還是參差不齊。”康斯坦丁·諾沃肖洛夫說，“因為在中國也有很多低科技的公司，他們在石墨烯材料方面更多的是投機性，或者說有一些低質量的、低技術含量的應用。當然，與此同時，中國也有一些高質量的非常出色的應用型的企業，所以正如習近平主席‘十三五’規劃描述的那樣，要關注到高科技的這部分。因此，我認為這是中國未來需要做的，也就是說剔除掉那些比較低質量的應用和低技術含量的應用，把精力全部放到真正的高技術含量的石墨烯的應用里。”

（本刊記者/趙法彬）