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。
當今，全球經(jīng)濟增長乏力，各國都在謀求新一輪的科技和產(chǎn)業(yè)升級突破。中國是石墨資源大國，也是石墨烯研究和應用開發(fā)最活躍的國家之一，我國科學家和產(chǎn)業(yè)人士正將目光聚焦在它身上。
石墨烯到底有多神奇?會否給生產(chǎn)生活領域帶來“顛覆性”變化?今天，讓我們走近石墨烯一探究竟。
石墨烯：神奇的“新材料之王”
石墨烯的發(fā)現(xiàn)者之一、2010年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”。
這種神奇物質(zhì)，到底是什么?
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(shù)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，彎曲到很大角度不斷裂，還可以抵抗很高的壓力。”日前應邀來華參會的安德烈˙海姆說，石墨烯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(jié)構又十分穩(wěn)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、電子設備進一步相結(jié)合使用，以此增強其它儲電設備的儲電率。
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(chǎn)品有了“針插不進、水潑不進”的本事。
“給船體涂上石墨烯涂層，海水中重金屬離子等就無法穿透這層薄膜去腐蝕船體。”青島賽瑞達電子裝備股份有限公司董事長宋立祿接受記者采訪時說。
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;它又幾乎是完全透明的，具有非常好的透光性，適合作為透明電子產(chǎn)品原料。
在當前新一輪產(chǎn)業(yè)升級和科技革命大背景下，以石墨烯為代表的新材料產(chǎn)業(yè)有望成為未來高新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導。令人振奮的是，剛剛公布的“十三五”規(guī)劃建議已明確提出將加快突破新材料等領域的核心技術。
石墨烯正從實驗室走近人們生活
“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打過去就可以了。而使用石墨烯材料，手機未來可能薄到跟酒店房卡差不多。”清華大學經(jīng)濟管理學院教授魏杰在解讀“十三五”規(guī)劃建議提到新材料產(chǎn)業(yè)時說。
日前在青島舉辦的2015中國國際石墨烯創(chuàng)新大會上，石墨烯理療、保暖產(chǎn)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(chǎn)品已經(jīng)全新推出。
“利用石墨烯特性，研發(fā)新型防彈衣，防彈插板只需17毫米就能達到甚至超過傳統(tǒng)產(chǎn)品的防彈效果，重量還可減輕20%。”青島華高墨烯科技有限公司董事長施建新說，目前這款防彈衣已與3家使用單位簽約。
一直以來，智能手機的續(xù)航能力始終是最大短板。宋立祿告訴記者，他們研發(fā)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。
不久前，華為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(chǎn)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(fā)生新“革命”——石墨烯的特性未來將使顯示屏超薄、超輕，實現(xiàn)可卷曲的柔性顯示。
目前，被業(yè)界譽為“東方碳谷”之稱的江蘇常州，已擁有石墨烯產(chǎn)業(yè)技術研發(fā)和企業(yè)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備出15英寸單層石墨烯手機顯示屏;高鐵內(nèi)飾材料中已開始使用石墨烯……石墨烯技術正在悄然影響著生產(chǎn)生活等領域。
石墨烯時代真正到來還需時日
工業(yè)與信息化部原材料工業(yè)司司長周長益說，當前我國經(jīng)濟處于新舊動能轉(zhuǎn)換的接合期，原材料工業(yè)也到了轉(zhuǎn)型發(fā)展的關鍵時期。
“近年來結(jié)構材料、石墨烯等前沿新材料均實現(xiàn)了快速增長。這些材料目前總量較小，但其發(fā)展加快了原材料工業(yè)關鍵材料轉(zhuǎn)型升級的步伐。”他說。
據(jù)統(tǒng)計，我國石墨礦儲量占到世界總儲量的75%，生產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量70%，具備發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)的資源基礎。截至目前，我國石墨烯企業(yè)已超過百家，并在常州、無錫、青島、深圳等地形成產(chǎn)業(yè)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，過程“前景光明，道路曲折”。
首要困難是受限于材料生產(chǎn)。中科院院士、北京大學教授劉忠范說，要實現(xiàn)石墨烯商業(yè)化，需要生產(chǎn)出低成本、高品質(zhì)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(zhàn)，批量化或大尺寸生產(chǎn)都還沒能克服。”
中國科學院山西煤炭化學研究所副研究員、石墨烯課題組長陳成猛指出，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展目前還存在生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品品質(zhì)待提升、上下游互動不夠等問題。
記者采訪中也發(fā)現(xiàn)，盡管目前國內(nèi)石墨烯市場火熱但魚龍混雜，有的企業(yè)甚至直接將石墨當作石墨烯來宣傳、銷售。
“目前石墨烯行業(yè)缺乏國家標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準。對石墨烯的質(zhì)量、制備工藝、檢測設備和方法等，都沒有科學統(tǒng)一的說法。”施建新說。
專家認為，石墨烯產(chǎn)業(yè)必須要避免當年納米技術那樣一哄而上的局面，需要整個資源進行創(chuàng)新布局，形成聚合效應。
“產(chǎn)業(yè)發(fā)展有其自身規(guī)律，目前石墨烯產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展。”青島高新區(qū)節(jié)能技術與新材料事業(yè)部部長張志強說。
