石墨烯,一個并不遙遠的傳說
2010年的諾貝爾物理學獎由英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫兩人共同獲得,原因是他們于2004年成功地從石墨中分離出石墨烯,證實它可以單獨存在。
那么,什么是石墨烯?對普通人來說,它好像就是個傳說,然而這傳說并不遙遠。石墨烯(Graphene),又被稱為“黑金”, 在2015年末硼烯被發現之前,它是已知的最薄的材料,也是強度最高、導電導熱性能最強的一種新型納米材料。薄:石墨烯是由碳原子構成,只有一層原子厚度的二維晶體。強度高:它的斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。如果用一塊面積一平方米的石墨烯做成吊床,其本身重量不足一毫克,但可以承受一只一千克的貓。韌性強:同時它又有很好的彈性,拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。
石墨烯有什么用途?據科學研究,石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品,制造超微型晶體管,應用于計算機的生產。據預測,用石墨烯取代硅制造的計算機,其機處理器的運行速度將會快數百倍。另外,石墨烯幾乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。它還非常致密,即使是最小的氣體原子(氫原子)也無法穿透。因此,可以用來制作透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板等。通過它還可以制造出可彎曲的智能手表、可折疊的平板電腦、15分鐘便充好電且續航能力達500公里的電動車蓄電池等。
作為“新材料之王”,有科學家預言石墨烯將“徹底改變21世紀”,極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術、新產業革命。
如果說上述觀點只是預測,那么三星、蘋果和谷歌三家公司卻給了這預測一個實證:據新聞報道,鑒于石墨烯所蘊含的無限應用潛力,三家公司已經開始積累各種與石墨烯有關的專利,未來的競爭之戰已在他們的實驗室打響。
可以說,石墨烯很“新奇”,但并不遙遠。
石墨烯應用,一場材料革命即將發生
石墨烯被發現、進入人們的視野已逾10年。作為材料中耀眼的“明星”,它仍處于高端,未能進入尋常百姓家。其中的緣由是什么?國內行業權威人士指出,石墨烯剛出現時,阻礙其應用的最大瓶頸就是其比黃金還高的價格。這是橫亙在基礎研究和下游應用中間的不可逾越的鴻溝。值得慶幸的是,近年來,伴隨著石墨烯低成本、規模化制備技術的發展,目前成本已經從最初的幾千元每克降到現在的幾元甚至低于一元每克。這就為石墨烯順利進入產業應用環節提供了可能。
因此,有關專家對國內石墨烯的產業化進程持樂觀態度。認為石墨烯在部分應用領域極有希望在兩三年內實現突破。比如,石墨烯作為高端的添加劑應用于鋰離子電池、涂料、復合材料等領域。目前,也已經有企業做出了采用石墨烯觸摸屏的手機樣品。石墨烯在這些應用領域一旦實現突破,其產業化的大門定會就此打開。
將視角伸向國外。2013年,歐委會通過決定,投資10億歐元、期限10年,啟動了歐盟未來新興技術(FET)石墨烯旗艦項目,旨在把石墨烯和相關層狀材料從實驗室帶入社會,為歐洲諸多產業帶來一場革命,促進經濟增長,創造就業機會。
放眼全球,針對石墨烯的研究與應用的熱潮還在持續涌動。我們有理由相信石墨烯的發現者、諾貝爾獎獲得者Andre Geim教授的預言定會變為現實:“一場材料領域的‘革命正在發生。”
創新思維,做石墨烯行業領跑者
我國石墨產量占全球的80%,然而石墨烯的研究和應用鏈條卻并不成熟。目前來看,我國關于石墨烯研究的SCI文獻發表量從2011年起單年發表量已超過美國,位居世界第一。雖說近年來發展勢頭迅猛,但欠缺原創性研究和創新思維,研究成果習慣性地在國外重要原創性成果上進行改進或延伸,缺乏創新性思維及創新的氛圍。這是目前國內石墨烯研發應用的最大阻礙。如何增強科研創新力、加強產業上下游互動銜接成為中國石墨烯產業化進程中必須邁過的一道坎。
為了推動石墨烯產業的發展,促進研究領域的技術創新,加快技術成果的產業化應用,中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟將在今年9月份舉辦的“2016 中國國際石墨烯創新大會”期間舉辦“2016 中國國際石墨烯技術交易活動”。該活動主要面向國內外高校、科研院所、創新企業的科研團隊征集新技術。希望通過技術交流,碰撞出更多的創新思維的火花,誕生更多的行業領跑者;發掘更多成熟、有潛力的技術和項目面向市場,接受實體企業和市場應用的考驗,從而推動石墨烯產業的根本發展。而即將在展會上開設的“國際石墨烯技術成果展示專區”,更會給予與會者以啟迪。