科技改變生活 · 科技引領(lǐng)未來
“石墨烯的門檻比我們想象的要高很多,實現(xiàn)超長續(xù)航,1小時快充以現(xiàn)在的技術(shù)來說,就是騙子。”面對如今越來越火熱的石墨烯產(chǎn)品,中國科學(xué)院院士歐陽明高一針見血地指出。石墨烯作為一種具有未來革命性的材料,它的用途十分廣泛,在很多方面有著很重要的應(yīng)用
“石墨烯的門檻比我們想象的要高很多,實現(xiàn)超長續(xù)航,1小時快充以現(xiàn)在的技術(shù)來說,就是騙子。”面對如今越來越火熱的石墨烯產(chǎn)品,中國科學(xué)院院士歐陽明高一針見血地指出。
石墨烯作為一種具有未來革命性的材料,它的用途十分廣泛,在很多方面有著很重要的應(yīng)用前景。
石墨烯的出現(xiàn)給科技領(lǐng)域帶來了翻天覆地的變化,它確實能推動一個時代的科技水平發(fā)展。
不過石墨烯也不是一種“無所不能”的材料,但有些廠商就以此為噱頭,讓許多的消費者對石墨烯產(chǎn)生了誤解。
眾所周知,石墨烯之所以如此受廠商追捧,是因為它是超級材料的一種。石墨烯離我們的生活其實并不遙遠(yuǎn),目前市面上有許多產(chǎn)品都有采用,比如有石墨烯成分的面膜、芯片、電池等等。
無論是生活中還是科技層面都能看見它的身影,不過這些石墨烯產(chǎn)品真的如事實那般好用嗎?
事實上,這些石墨烯產(chǎn)品幾乎都是虛假宣傳。
石墨烯為何這么火爆?
石墨烯是在2004年的時候被發(fā)現(xiàn)的,發(fā)現(xiàn)它的兩名英國科學(xué)家分別是安德烈和康斯坦丁,他們還因此獲得了諾貝爾獎。在進(jìn)行超薄材料的研究中,他們發(fā)現(xiàn)可以從石墨中提取出這種由一層碳原子組成的薄膜。
因此石墨烯的一大特點就是它的薄度,僅僅只有頭發(fā)絲直徑的二十萬分之一。它的提取步驟復(fù)雜,可以通過物理或者化學(xué)的方式進(jìn)行。
石墨烯的出現(xiàn)讓科學(xué)家們找到了突破口,它的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特別,應(yīng)用范圍廣泛。在未來的科技領(lǐng)域中,石墨烯帶來了更多的可能性。
相比于其他石墨材料來說,石墨烯擁有著更多的特性。
在質(zhì)量很輕的條件下,把強(qiáng)度和柔軟性集于一身,這兩種看似相抵的特點卻可以在石墨烯上面共存。所以它才能夠在眾多新材料之中脫穎而出。
另外,石墨烯還有低電阻的特性,這將在超導(dǎo)領(lǐng)域中發(fā)揮巨大的作用,特別是在電力方面,能實現(xiàn)高效率的傳輸。
除了低電阻特性,還具有強(qiáng)導(dǎo)電性,在動力電池領(lǐng)域可能會有很重要的應(yīng)用前景。
擁有如此多的優(yōu)勢,讓石墨烯在科技領(lǐng)域備受關(guān)注。
若石墨烯能夠被大量投入到產(chǎn)品研發(fā)中,它確實可以引領(lǐng)一個時代的科技飛躍。
理想很豐滿,但往往現(xiàn)實很骨感。石墨烯作為一種超薄材料,想要大規(guī)模提取是十分困難的。
其中要涉及的提取過程復(fù)雜,步驟也繁瑣,僅僅是1g的石墨烯,也要賣出千元左右的價格。可想而知,這些廠商根本不可能花這么高的成本用石墨烯去生產(chǎn)一張面膜。
再比如石墨烯電池,里面確實有石墨烯成分,只不過是加了一點石墨烯粉。所以如今的石墨烯產(chǎn)品十有八九都是妥妥的騙局。
但目前石墨烯產(chǎn)品是騙局,不代表石墨烯的未來也是如此。
事實上,把石墨烯成為“材料的未來”都不為過,這還得從17年前說起。
石墨烯究竟有多厲害?
在2004年,石墨烯首次被發(fā)現(xiàn),兩位英國的科學(xué)家安德烈還有康斯坦丁在做超薄材料的實驗中,無意中把膠帶粘在了石墨上面。
而那一層薄薄的石墨片就是這樣出現(xiàn)的,這兩名科學(xué)家將這個有趣的現(xiàn)象進(jìn)行了延伸,通過膠帶把石墨薄片的兩面都粘住,然后再撕開。
不斷重復(fù)這兩個步驟,獲得的石墨薄片逐漸變薄。直至最后剝離出了只有一層由碳原子構(gòu)成的薄片。這就是石墨烯的由來。
自從石墨烯面世以后,引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注,在新材料領(lǐng)域中,它是當(dāng)之無愧的王者,是未來科技革新的關(guān)鍵。
在電子信息技術(shù)中,石墨烯可以改變傳感器的工作性質(zhì)。傳感器可以把光、氣體、力等各種信號都能轉(zhuǎn)換成所需的電信號。
而石墨烯原子呈裸露狀態(tài),再加上電子態(tài)極易受到外界影響改變電學(xué)性質(zhì)。這就是石墨烯在電子技術(shù)中的優(yōu)勢,其能帶結(jié)構(gòu)可以讓傳感器應(yīng)用更好地實現(xiàn)。
如今的智能手機(jī)也逐漸向折疊還有卷曲型發(fā)展,石墨烯在這上面也具有革命性的優(yōu)勢。
要實現(xiàn)柔性觸控,又要具備超高載流子遷移率和透光性,目前的超薄二維材料中,石墨烯是最好最優(yōu)異的選擇。
在未來,石墨烯將會在柔性觸控屏上“大展拳腳”。
不僅在科技領(lǐng)域,在儲能領(lǐng)域,石墨烯的作用也不可忽視。在2011年的時候,美國俄亥俄州某儀器公司人員就憑借著石墨烯與鋰離子的相互作用,實現(xiàn)了更好的儲能效果。
由于鋰離子可以在石墨烯的表面和電極之間大規(guī)模地快速穿梭,提高了充電效率。
讓原本數(shù)小時的充電時長變成不到一分鐘,如果把這樣的儲能設(shè)備大量的應(yīng)用到電池當(dāng)中去,將會制造出許多不可思議的產(chǎn)品。
這種新型器件在有石墨烯作用的基礎(chǔ)上,儲能密度達(dá)到了160Wh/kg,其功率可達(dá)到100kW/kg。跟如今市面上的鋰離子電池相比,它的功率密度要高出100倍(~1kW/kg)。
許多廠商就是利用了石墨烯在儲能電池上的這一特性來進(jìn)行虛假營銷。
石墨烯的特性實在是太廣泛了,作為新材料領(lǐng)域的新寵兒,未來在很多領(lǐng)域都會有新的突破。
作為一種復(fù)合材料,石墨烯既有強(qiáng)度高,又有韌性好的特性。可以跟其他的物質(zhì)產(chǎn)生意想不到的化學(xué)反應(yīng)。
在工程塑料的應(yīng)用上,碳素高分子樹脂擁有和石墨烯相同的原子結(jié)構(gòu),其具備的綜合性很高,可以很好地跟石墨烯融合。
如此制造出來的樹脂材料有著良好的耐候性、耐磨性、表面涂飾性、電絕緣性、耐酸堿性及防水性。
只需增加千分之二點六的五層石墨烯,就能讓這種高分子樹脂材料的強(qiáng)度增加了不少。
復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)是石墨烯應(yīng)用得最多的一個領(lǐng)域,在航空航天、新能源、電子等方面能發(fā)揮的作用是不可估量的。
特別是對于一個國家來說,石墨烯是非常關(guān)鍵的戰(zhàn)略突破口,能夠提升國家的核心競爭力,像新能源汽車、無人飛機(jī)等等,發(fā)展石墨烯就等同于擁有了科技革新的核心技術(shù)。
既然石墨烯這么厲害,那中國發(fā)展得怎么樣了?
中國石墨烯領(lǐng)先世界
2008年,美國就已經(jīng)意識到石墨烯在相關(guān)領(lǐng)域上面的應(yīng)用前景,投資了大量的資金還有人力物力,為的就是能領(lǐng)先世界主導(dǎo)石墨烯產(chǎn)業(yè)。
無論是在研究還是產(chǎn)業(yè)應(yīng)用,美國不斷擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)布局和研究領(lǐng)域,像石墨烯晶體管、超級電容器等等方面都有涉及。
經(jīng)過了多年的發(fā)展,美國的石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈逐漸完善,基本布局也初步顯現(xiàn)出來,而且覆蓋了從應(yīng)用研究到下游應(yīng)用的全部流程。這么直接的聯(lián)系,讓科技產(chǎn)品研發(fā)到生產(chǎn)實現(xiàn)得更快。
美國已經(jīng)陸續(xù)出現(xiàn)在研發(fā)石墨烯上有突出貢獻(xiàn)的大型企業(yè),這些企業(yè)有像IBM、波音、英特爾等等,還有一些中小型企業(yè),主要是圍繞石墨烯來發(fā)展業(yè)務(wù)。
歐盟在石墨烯技術(shù)中也有著層層布局,很多大小型企業(yè)都實現(xiàn)了專業(yè)化的石墨烯技術(shù)開發(fā)。
首先在國家戰(zhàn)略高度,大力發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè),并且政產(chǎn)學(xué)研進(jìn)行一系列合作。但是目前還沒有達(dá)到跟美國一樣的產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模,在下游應(yīng)用環(huán)節(jié)還是比較薄弱。
除此之外,日韓兩國在石墨烯的產(chǎn)業(yè)中,主要側(cè)重于CVD石墨烯薄膜制備還有電子器件的應(yīng)用。其中韓國在研究方面比較重視,大力發(fā)展觸摸屏、半導(dǎo)體、可穿戴設(shè)備等等。
再來說說中國,石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈初步形成,從原材料再到應(yīng)用,整個流程都已經(jīng)快速構(gòu)建起來。在東南沿海地區(qū),分布著一大批石墨烯企業(yè)。
這幾年,類似的企業(yè)形成了集合規(guī)模型的分布形式,特別是在廣東、江蘇還有山東區(qū)域,擁有著先天獨厚的地理條件優(yōu)勢。
其中,廣東省石墨烯所注冊的企業(yè)數(shù)量最多,一共有3079家,其次就是江蘇省,總共有1853家企業(yè)。全國目前已經(jīng)共有1.7萬家跟石墨烯有關(guān)的企業(yè),還仍然在不斷擴(kuò)大規(guī)模數(shù)量中。
我國石墨烯理論研究還有產(chǎn)業(yè)化在全球范圍來說,是數(shù)一數(shù)二的實力。
在2016年的全球?qū)@暾埥y(tǒng)計中,中國關(guān)于石墨烯的專利達(dá)到了58%,排在第一位。
論申報石墨烯專利數(shù)量最多的國內(nèi)企業(yè)莫屬深圳的烯旺科技及其下屬子公司,據(jù)統(tǒng)計,已經(jīng)申報的專利有300項左右,有220項授權(quán)專利,注冊商標(biāo)更是達(dá)到了110多件。
中國已經(jīng)有了未來石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展計劃,在2020年形成百億產(chǎn)業(yè)規(guī)模,再過五年以后,石墨烯整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模要突破千億。
現(xiàn)如今石墨烯還處于起步研發(fā)階段,想要投入到生產(chǎn)應(yīng)用中去,還需要一定的時間。
這些獨特的使用性能如何在科技上體現(xiàn)出來,就是目前我們要攻克的目標(biāo)。沒有科技創(chuàng)新,石墨烯產(chǎn)業(yè)就得不到更深遠(yuǎn)的發(fā)展。
石墨烯在初步發(fā)展的階段,更需要我們一步步腳踏實地地做好科研工作。沒有什么事情是一蹴而就的,只有不斷地堅持和努力才能實現(xiàn)成功。
王俊明
版權(quán)所有 未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載
增值電信業(yè)務(wù)經(jīng)營許可證備案號:遼ICP備14006349號
網(wǎng)站介紹 商務(wù)合作 免責(zé)聲明 - html - txt - xml