預言能改變21世紀的石墨烯究竟有何神奇之處
2015-12-12 22:04:30 新華網
從被比喻為最接近科幻名作《三體》“二向箔”的神秘物質，到被預言能改變21世紀的“神奇材料”，石墨烯正從實驗室走進百姓生活。現在，它又將站在“風 口”上，迎來發展的“春天”：中國“十三五”規劃建議明確提出將加快突破新材料等領域核心技術。工信部等部委也于近日聯合發文，提出要將石墨烯產業打造成先導產業。
這一“橫空出世”的新材料到底神奇在哪里？能給我們的生活帶來怎樣的變化？何時才能迎來屬于它的大時代？新華社記者帶著這些思考，深入基層，揭開石墨烯的神秘面紗。
石墨烯為何方神圣？
11月20日，工信部、國家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。
備受重視，身負使命的石墨烯，到底是何方神圣？
石墨烯，實際就是從石墨中剝離出來、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層石墨烯疊在一起。
聽起來稀松平常的石墨烯，卻有諸多獨一無二的特性。通俗來說，目前自然界中，這東西最薄、最結實，導電性極好，在工業領域中幾乎無所不能。
石墨烯有多?。亢穸葍H為普通紙張的十萬分之一。記者在常州江南石墨烯研究院看到，在展示時，石墨烯片只能附著在塑料薄膜上，覆蓋處的顏色明顯深一些。
石墨烯的發現者、2010年諾貝爾物理學獎獲得者安德烈·海姆這樣描述石墨烯：可以被無限拉伸，彎曲到很大角度不斷裂，可以抵抗很高的壓力，同時還有著非同尋常的導熱性和導電性。
“石墨烯電阻率極低，電子能在其中極為高效地移動，這使得石墨烯有非常好的導電性?！敝袊茖W院院士、中國科學院金屬研究所研究員成會明說，如果將石墨烯與電子元件、電子設備進一步結合使用，可以增強儲電設備的儲電率，提高儲電性能。
雖然只有一個原子的厚度，但石墨烯卻是非常強韌的材料。通俗地講，它強過鉆石，“秒殺”鋼鐵。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。如果用一個平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克，可以承受1公斤的重物。
石墨烯還具有“針插不進、水潑不進”的零滲透特性。如果給船體涂上石墨烯涂層，就好像穿上防腐“鎧甲”；如果發生化學品火災，一張石墨烯薄膜可以把火滅掉。
石 墨烯的驚奇之處還遠不止此。1克重的石墨烯展開后面積為2630平方米！“這么大的比表面積（物理用詞：1克固體擁有的總表面積）使其擁有超強的吸附性， 我們正在研究用它做過濾裝置，用于海水淡化、污水處理等領域?！鼻鄭u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。
為了研究石墨烯，科學家們歷經艱辛。當初在實驗室獲得的石墨烯片價值超過最珍貴的鉆石?！?00平方納米的石墨烯，就要幾千歐元，肉眼都看不見。”江南石墨烯研究院副院長董國材說，經過不斷探索，制備石墨烯的新方法層出不窮，工業化生產石墨烯已經成功。
現在，江蘇常州已有一個國家級的石墨烯產業基地，聚集著50多家企業，這里的石墨烯技術具備國際一流水平。石墨烯成本價也因批量生產大大降了下來，目前1平方米石墨烯片價格在300元左右。
與生產生活接軌，“烯”望無限
隨著科研發展，目前，石墨烯系列產品開始走入百姓生活。不久前在青島舉辦的2015中國國際石墨烯創新大會上，石墨烯理療、保暖產品、LED用高導熱石墨烯復合材料、石墨烯防彈材料等20余種石墨烯產品全新推出。
青島華高墨烯科技有限公司董事長施建新向記者介紹，利用石墨烯特性研發的新型防彈衣，防彈插板只需17毫米就能達到甚至超過傳統產品的防彈效果，重量還可減輕20%。
“利用石墨烯良好的導電性、散熱性和材質堅固性，我們研發了石墨烯導靜電輪胎，目前主要用于特種車輛和裝有易燃易爆等危險品的車輛?！笔┙ㄐ抡f，導靜電輪胎可以避免普通輪胎與地面摩擦產生的靜電，從而避免裝有易爆品等危險品的車輛發生爆炸。
在石墨烯的諸多應用中，最受普通大眾關注和期待的，是它改變手機等電子設備產品功能的可能性。
智 能手機剛出現的時候，長時間通話、玩游戲，手機就會發燙。如今這一問題基本解決－－因為石墨烯材料極好的導熱性得到了應用。常州市碳元科技公司近年來生產 出石墨烯導熱材料，迅速被應用在智能手機上，成為小米等手機的大客戶。公司銷售額在3年內從600萬元“爆發式”增至2億元以上。
智能手機 觸控屏的性能提升將直觀地改善用戶操作體驗。上個月，常州二維碳素科技公司推出了全球首款石墨烯壓力觸控傳感器，這一技術應用于智能移動終端電子產品上， 可實現多級按壓感應、輕按、輕擊、指甲敲擊、殼體振動等多項功能。二維碳素科技公司周振義副總裁表示，這一技術充分利用了石墨烯高柔韌性、高靈敏度性等特 點，改變了石墨烯一度只是簡單替代傳統材料的局面，為軟硬件設計提供了充分想象空間。
值得一提的是，中國科學院重慶綠色智能技術研究院已成功制備出國內首片15英寸單層石墨烯觸摸屏，并正在開發系列基于石墨烯的柔性傳感器件。今后手機、電腦的顯示屏將超薄、超輕，可彎曲。
石墨烯另一個備受期待的貢獻就是改進鋰電池性能。成會明說，簡單講，在鋰電池中加入石墨烯復合導電粉末，充電更快、容量更大、壽命更長。這有望讓手機“秒沖”、電動汽車告別幾小時充電成為現實。
被科學家預言將“徹底改變21世紀”的石墨烯，還有什么令人期待？
根據此次三部門印發的《意見》，未來，石墨烯將在航空航天、武器裝備、重大基礎設施，以及新能源、新能源汽車、節能環保、電子信息等領域有廣泛應用。而石墨烯薄膜、石墨烯功能纖維的穿戴產品的開發，也讓這一新材料更好地服務民生。
發展路線漸明 石墨烯時代還有多遠？
目前，石墨烯產業已被納入國家戰略布局?！吨袊圃?025》選擇10大優勢和戰略產業實現重點突破，在首個重點領域技術路線圖中，石墨烯材料成為前沿新材料的四大重點之一?！笆濉毙履茉?a href="http://www.xebio.com.cn/auto" target="_blank" class="keylink">汽車重點專項，也將石墨烯等新材料列為重點發展領域。
值得關注的是，中國本身就有生產石墨烯的獨特優勢。據統計，我國石墨礦儲量占到世界總儲量的75%，生產量約占世界總產量70%。目前，我國石墨烯企業已超過百家，并在常州、無錫、青島、深圳等地形成產業集群。
業界普遍認為，經過自主系統研發，生產技術、工藝裝備和產品質量取得重大突破，我國石墨烯材料在儲能器件、改性材料、智能穿戴等產品上的應用效果逐步顯現，產業化步伐明顯加快。我國石墨烯材料正處于從實驗室走向產業化的關鍵時期。
把石墨烯產業打造成先導產業，國家政策指明了石墨烯產業的發展路線。業內人士認為，政策利好不斷釋放，石墨烯產業的發展將真正迎來春天?！?015年是我國石墨烯產業發展元年”，中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟秘書長李義春說。
前景美好，“烯”望無限，但不得不承認，我國石墨烯產業發展仍有諸多短板亟待補齊。
中科院院士、北京大學教授劉忠范說，要實現石墨烯的“明星”應用，需要生產出低成本、高品質的石墨烯成品?！暗珮I內人都知道，要制出這種石墨烯并非易事。我們在技術層面還有很多挑戰，批量化或大尺寸生產都還沒能克服”。
一些業內人士指出，歐盟在2013年初對石墨烯作為“未來新興旗艦技術項目”給予10億歐元的資助，這是歐盟歷史上最大的投資。而我們的投資力度還較弱，目前據公開資料還暫無政府性的石墨烯專項投資。即使是企業類投資，最大的一筆也不過5億元。
而且，我國的石墨烯高端專業研發人才缺乏，研究力量也較為分散，亟須建立一條完整的石墨烯研發、生產、應用的全產業鏈，優化研究和產業化生產環境，強化分工合作共同對石墨烯的應用市場進行培育與開拓。
此外，雖然石墨烯研究應用發展迅猛，但石墨烯的研究單位和企業在石墨烯的定義、性能、制備方法等行業技術核心問題上尚未形成共識，石墨烯標準尚需進一步規范。
青島高新區節能技術與新材料事業部部長張志強等表示，石墨烯產業必須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新布局，形成聚合效應。
施建新等業內人士也認為，國家應抬高石墨烯企業的準入門檻。治理、關停一批規模小、技術落后、污染嚴重的企業，將優質石墨烯資源配置給有實力、有技術、有社會責任的企業，做大做強高科技龍頭企業集團。
看來，石墨烯大時代的到來，除了期待還需努力！
