探秘“神奇材料”石墨烯：包括LED在內(nèi)的超20種應(yīng)用“烯”望無限

　　從被比喻為最接近科幻名作《三體》“二向箔”的神秘物質(zhì)，到被預(yù)言能改變21世紀(jì)的“神奇材料”，石墨烯正從實驗室走進百姓生活?，F(xiàn)在，它又將站在“風(fēng)口”上，迎來發(fā)展的“春天”：中國“十三五”規(guī)劃建議明確提出將加快突破新材料等領(lǐng)域核心技術(shù)。工信部等部委也于近日聯(lián)合發(fā)文，提出要將石墨烯產(chǎn)業(yè)打造成先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

　　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，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(fā)改委和科技部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》，提出將石墨烯產(chǎn)業(yè)打造成先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，逐漸實現(xiàn)石墨烯材料在部分工業(yè)產(chǎn)品和民生消費品上的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。并提出到2020年，形成完善的石墨烯產(chǎn)業(yè)體系。

　　備受重視，身負(fù)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(dāng)于無數(shù)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(jié)實，導(dǎo)電性極好，在工業(yè)領(lǐng)域中幾乎無所不能。

　　石墨烯有多薄厚度僅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(fā)現(xiàn)者、2010年諾貝爾物理學(xué)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(dǎo)熱性和導(dǎo)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(dǎo)電性。”中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)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(shè)備進一步結(jié)合使用，可以增強儲電設(shè)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(fā)生化學(xué)品火災(zāi)，一張石墨烯薄膜可以把火滅掉。

　　石墨烯的驚奇之處還遠(yuǎn)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(lǐng)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(xué)家們歷經(jīng)艱辛。當(dāng)初在實驗室獲得的石墨烯片價值超過最珍貴的鉆石。“100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(jīng)過不斷探索，制備石墨烯的新方法層出不窮，工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯已經(jīng)成功。

　　現(xiàn)在，江蘇常州已有一個國家級的石墨烯產(chǎn)業(yè)基地，聚集著50多家企業(yè)，這里的石墨烯技術(shù)具備國際一流水平。石墨烯成本價也因批量生產(chǎn)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(chǎn)生活接軌，“烯”望無限

　　隨著科研發(fā)展，目前，石墨烯系列產(chǎn)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(chuàng)新大會上，石墨烯理療、保暖產(chǎn)品、LED用高導(dǎo)熱石墨烯復(fù)合材料、石墨烯防彈材料等20余種石墨烯產(chǎn)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(fā)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(tǒng)產(chǎn)品的防彈效果，重量還可減輕20%。

　　“利用石墨烯良好的導(dǎo)電性、散熱性和材質(zhì)堅固性，我們研發(fā)了石墨烯導(dǎo)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。”施建新說，導(dǎo)靜電輪胎可以避免普通輪胎與地面摩擦產(chǎn)生的靜電，從而避免裝有易爆品等危險品的車輛發(fā)生爆炸。

　　在石墨烯的諸多應(yīng)用中，最受普通大眾關(guān)注和期待的，是它改變手機等電子設(shè)備產(chǎn)品功能的可能性。

　　智能手機剛出現(xiàn)的時候，長時間通話、玩游戲，手機就會發(fā)燙。如今這一問題基本解決--因為石墨烯材料極好的導(dǎo)熱性得到了應(yīng)用。常州市碳元科技公司近年來生產(chǎn)出石墨烯導(dǎo)熱材料，迅速被應(yīng)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(nèi)從600萬元“爆發(fā)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(shù)應(yīng)用于智能移動終端電子產(chǎn)品上，可實現(xiàn)多級按壓感應(yīng)、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(shù)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(tǒng)材料的局面，為軟硬件設(shè)計提供了充分想象空間。

　　值得一提的是，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院已成功制備出國內(nèi)首片15英寸單層石墨烯觸摸屏，并正在開發(fā)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(fù)合導(dǎo)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(xiàn)實。