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                石墨烯前進道路上的四個“絆腳石”

                放大字體  縮小字體 發布日期:2016-08-23  來源:高分子科學前沿  瀏覽次數:734
                核心提示:石墨烯的行業道路并不平坦,雖然“捧”石墨烯的行業人士并不少,但國內的石墨烯產業正處于概念導入期、產業化突破前期,行業人士更多的是保持觀望。石墨烯在前進的道路上還處于冰火兩重天的狀態,要突破這種現狀,成熟產業化是關鍵。
                緊跟國際制造市場關注度追熱點,向來是國內材料科研界的習慣,傳統制造企業更是翹首以盼想要把已小有科研成果的新材料實現產業化,以求在業界內搶占新風口,形成競爭優勢。
                  
                作為新材料中最受關注的石墨烯,自然是搶灘之重點。投資者們凡是聽到石墨烯相關項目就一擁而上,科研者們更是廢寢投入。市場上的呼聲更是一浪接一浪,誰都不想錯過如此被看好的熱點王,但石墨烯是否真的值得這樣的一味追捧呢?

                原本石墨烯本來就存在于自然界,只是難以剝離出單層結構罷了,剝石墨烯可不像剝洋蔥,石墨烯一層層疊起來就是石墨,厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯哩!

                皇天不負有心人,2004年,英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·杰姆和克斯特亞·諾沃消洛夫在實驗室里從高定向熱解石墨中剝離出石墨片不斷剝離分解后得到了僅由一層碳原子構成的薄片,剝開了一層一層的表皮發現了“他的心”——單層結構的石墨烯。

                一、一塊價值連城的黑金

                經過5年的發展,人們發現,將石墨烯帶入工業化生產的領域已為時不遠了,那么石墨烯有哪些屬性值得開發呢?

                電子傳輸里的“劉翔”

                石墨烯具有良好的電子傳輸性質,電子在石墨烯中傳輸的阻力很小,在亞微米距離移動時沒有散射,具有很好的電子傳輸性質。(通俗的說,電子在別的材料中是按火車速度在跑,在石墨烯中是按飛船速度在跑,而且速度不受干擾)。

                就在今年7月初,中國電信在廣州舉辦的2016天翼智能終端交易博覽會上,羅馬仕展出了一款石墨烯充電寶,10分鐘可充滿6000mAh,號稱要“開辟能源存儲新紀元”。

                力學里的“泰山磐石”

                有實驗表明,它們每100納米距離上承受的最大壓力可達2.9牛頓,是迄今為止發現的力學性質最好的材料之一,石墨烯是人類已知強度最高的物質,比鉆石還堅硬,強度比石世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。

                “窗外艷陽似火,我心涼如寒冰”

                導熱性石墨烯具有極高導熱系數,近年來被提倡用于散熱等方面,在散熱片中嵌入石墨烯或數層石墨烯可使得其局部熱點溫度大幅下降。甚至有研究表明其導熱系數高達6600W/mK。優異的導熱性能使得石墨烯有望作為未來超大規模納米集成電路的散熱材料,也許再過幾十年,最近這些在高溫天氣里辛苦的空調和冰箱再也不用因為散熱問題“間歇性發脾氣”了。

                一言蔽之,石墨烯在它超出現有材料的特征和獨一無二的新特征上都向我們展示了一種前景良好的新材料形象。

                二、應用廣泛,潛力無限

                正是依托這些強大的或獨一而無二的屬性,石墨烯在國內應用領域也取得了相當一部分成就。

                晶體管:

                中國科學院化學所以圖案化的金屬層作為催化劑制備了圖案化的石墨烯,并成功地將其應用于有機場效應晶體管電極。

                電極材料:

                中科院蘭州化學物理研究所在石墨烯一非晶碳復合薄膜的制備研究方面取得新進展。該薄膜有望作為一種新型的電極材料,應用于高效高壽命電池、電容器和平板顯示器等領域。

                傳感器:

                國家納米科學中心和美國哈佛大學合作首次成功制備了石墨烯與動物心肌細胞的人造突觸,建立了一維、二維納米材料與細胞相結合的獨特研究體系,為生物電子學的研究帶來了新的機遇。

                三、材料革命尚未成功,同志仍需努力

                從中國石墨烯產業化的角度來說,隨著批量化生產以及大尺寸等難題的逐步突破,石墨烯的產業化應用步伐正在加快,在全球石墨烯產業綜合發展實力排名中,中國已躍居世界第一,但國內的石墨烯產業正處于概念導入期、產業化突破前期。整體上,還處在以研究為主的階段,產品大都處在實驗室階段,產業化進程相對較慢。直至今年7月初,由東旭廣電推出的石墨烯基鋰離子電池才成為了國內首個從實驗室走進市場的產品,引起極大反響。但這個備受關注的“新生兒”能否茁壯批量生產,遭到了不少的質疑。

                事實上,石墨烯距開發至今已經12年,在學術界和業界一直被炒得火熱,被譽為“顛覆21世紀的新材料”,然而其產業化進程卻如履薄冰,十分緩慢,尤其是國內。

                四、什么導致了石墨烯的冰火兩重天?

                4個原因阻住了前進的腳步

                ·昂貴的制備成本;

                ·資源利用率低;

                ·企業創新能力不足;

                ·產業鏈條短。

                實際上,石墨烯作為研究熱點,其突破性進展在學術期刊上頻頻傳出捷報,各國也投入了大量的研究經費來支持與之有關的科研項目,石墨烯產業化應用指日可待。縱觀每一次材料領域里新材料的誕生到應用,都經過了漫長而曲折的努力,最后的成熟產業化才能促使行業發生顛覆性變化。我們應共同努力,以工匠的精神扎扎實實地把其特性研究透徹,徹徹底底把其應用可能性逐個試驗,使其在成熟的時機下,厚積薄發,迸發出能改變行業改變世界的光芒!
                 
                 
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