冷靜點！石墨烯“快充快放”還沒來

賴太平

“黑金”“新材料之王”“徹底改變21世紀的黑科技”這些盛譽指的都是同一樣東西——石墨烯。華為創始人任正非在接受媒體采訪時曾表示，未來十年到二十年內會爆發一場技術革命，石墨烯時代將會顛覆硅時代，石墨烯是技術革命前沿。

石墨烯的潛力是毋庸置疑的。然而今年12月，有“充電10分鐘，續航1000公里的石墨烯電池來襲”等報道出現，這消息隨后受到了多個專家的質疑，在這樣夸大報道的背后，石墨烯產業更是一片“炒作”亂象！

只是理論上的可能

今年12月中下旬，三星發布了一則報告稱目前已研發出了基于石墨烯材料的新電池技術，這種基于石墨烯材質所造的電池將會比目前市面上的普通電池高出45%的容量，能夠在提高容量的同時擁有比標準充電速度快5倍的充電速度。這則消息在傳播中逐漸被媒體解讀成“充電10分鐘能跑1000公里”。聽起來很美好，但這一解讀實際上已經大限度地超越了真實情況。

中國科學院院士劉忠范解釋，目前大部分石墨烯在電池的應用都是將10%左右的石墨烯摻和在鋰電池上，如此確實可以降低內阻，提升性能，從而使得充電變得更快，容量更高。不過，這樣的效果僅限于實驗室里面，在現實中想要真正的實現面臨的問題還很多。

首先，就技術層面而言，實驗中使用的電池是一小節鋰電池，實際情況中一旦所使用的電池變成了大堆的集成電池，能否達到提升性能的效果？提升多少？這些就很難確定了。

另外，既然談到應用，安全就是一個必須考慮的問題，尤其是電池。撇開快充能不能實現不說，目前這樣的電池安全性完全沒有保障。石墨烯在概念定義和標準上，甚至都尚未達成統一，處理方式不一樣，產生的性能就有所不同，甚至前后兩天做出來的性能都會有差別，談應用根本就是天方夜譚。

所謂的“充電10分鐘能跑1000公里”只是媒體的夸大解讀而已，現在就談論石墨烯電池的性能，為時尚早了。

石墨烯為何大熱？

石墨烯是一種只有一個原子厚的二維碳膜，雖然名字里有“石墨”兩個字，但是它既不依賴石墨儲量也完全不是石墨的特性。2010年，俄羅斯物理學家康斯坦丁·諾沃肖洛夫因為發現石墨烯而被授予了諾貝爾物理學獎。

簡單的說，石墨烯是一種性能非常驚人的材料，它既可以做保護涂層，本身還是透明可彎折電子元件，同時可以變為超大容量電容器。此外，它還是目前科學界發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料。

巨大的利益驅使下，近兩年來國內對石墨烯的熱衷持續居高不減，甚至出現了眾多“石墨烯概念股”。早在2016年中旬，科技日報就報道：目前國內對石墨烯的熱度非常高，一方面科研經費比較充分，這對科研人員是機遇，而未來有可能會像美國一樣“僧多粥少”，申請科研經費的要求變得愈加嚴格；另一方面，出現一些概念混淆，石墨烯產品尚未出場而其股票瘋漲的亂象，這會使青年學者內心紛亂浮躁，只想快趕猛上出成果和效益。

尚未攻克的難題

制備 目前，石墨烯的制備方法主要包括機械剝離法、外延生長法、氧化石墨還原法、氣相沉積法等，這些制備過程大都會產生大量的環境污染。有石墨烯企業透露：“每生產一噸石墨烯，需要40～50噸硫酸，120～150噸新鮮水，會產生大量的廢酸垃圾。”

電學性能 石墨烯一個很重要的應用方向是電子設備的觸屏，但是在技術上還存在一個很棘手的難題——石墨烯和金屬電極的接觸點電阻。現代電子產品全部是建筑在半導體晶體管之上，而它有一個關鍵屬性稱為“帶隙”：電子導電能帶和非導電能帶之間的區間。

正因為有了這個區間，電流的流動才能有非對稱性，電路才能有開和關兩種狀態。可是，石墨烯的導電性能實在太好了，它沒有這個帶隙，只能開不能關。目前針對這個領域的研究辦法包括多層復合材料、添加其他元素、改變結構等等。諾沃肖洛夫等人認為這個問題要真正解決，還要至少十年。

毒性 目前石墨烯最成熟的產品是一種叫“氧化石墨烯納米顆粒”的東西，它可以作為電子紙，不過是有毒的，研究者發現它在地表水里極易擴散，對環境存在很大的威脅。

國內有太多借著石墨烯概念炒作的企業，以至于掩蓋了石墨烯真正應該被關注的研究價值，這層泡沫亟待褪去。（編輯/有慶）endprint