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(wú)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(shí)驗(yàn)室走進(jìn)百姓生活?，F(xiàn)在，它又將站在“風(fēng)口”上，迎來(lái)發(fā)展的“春天”：中國(guó)“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(lái)怎樣的變化何時(shí)才能迎來(lái)屬于它的大時(shí)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(guó)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(shí)現(xiàn)石墨烯材料在部分工業(yè)產(chǎn)品和民生消費(fèi)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(shí)際就是從石墨中剝離出來(lái)、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(wú)數(shù)層石墨烯疊在一起。

　　聽起來(lái)稀松平常的石墨烯，卻有諸多獨(dú)一無(wú)二的特性。通俗來(lái)說(shuō)，目前自然界中，這東西最薄、最結(jié)實(shí)，導(dǎo)電性極好，在工業(yè)領(lǐng)域中幾乎無(wú)所不能。

　　石墨烯有多薄厚度僅為普通紙張的十萬(wàn)分之一。記者在常州江南石墨烯研究院看到，在展示時(shí)，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(jiǎng)獲得者安德烈·海姆這樣描述石墨烯：可以被無(wú)限拉伸，彎曲到很大角度不斷裂，可以抵抗很高的壓力，同時(shí)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(dòng)，這使得石墨烯有非常好的導(dǎo)電性?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員成會(huì)明說(shuō)，如果將石墨烯與電子元件、電子設(shè)備進(jìn)一步結(jié)合使用，可以增強(qiáng)儲(chǔ)電設(shè)備的儲(chǔ)電率，提高儲(chǔ)電性能。

　　雖然只有一個(gè)原子的厚度，但石墨烯卻是非常強(qiáng)韌的材料。通俗地講，它強(qiáng)過(guò)鉆石，“秒殺”鋼鐵。同時(shí)它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20%。如果用一個(gè)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(jìn)、水潑不進(jìn)”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(qiáng)的吸附性，我們正在研究用它做過(guò)濾裝置，用于海水淡化、污水處理等領(lǐng)域。”青島賽瑞達(dá)電子裝備股份有限公司董事長(zhǎng)宋立祿接受記者采訪時(shí)說(shuō)。

　　為了研究石墨烯，科學(xué)家們歷經(jīng)艱辛。當(dāng)初在實(shí)驗(yàn)室獲得的石墨烯片價(jià)值超過(guò)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?！苯鲜┭芯吭焊痹洪L(zhǎng)董國(guó)材說(shuō)，經(jīng)過(guò)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(gè)國(guó)家級(jí)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(guó)際一流水平。石墨烯成本價(jià)也因批量生產(chǎn)大大降了下來(lái)，目前1平方米石墨烯片價(jià)格在300元左右。

　　與生產(chǎn)生活接軌，“烯”望無(wú)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(guó)國(guó)際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)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(zhǎng)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(dá)到甚至超過(guò)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(jiān)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(xiǎn)品的車輛。”施建新說(shuō)，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(xiǎn)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(jī)等電子設(shè)備產(chǎn)品功能的可能性。

　　智能手機(jī)剛出現(xiàn)的時(shí)候，長(zhǎng)時(shí)間通話、玩游戲，手機(jī)就會(huì)發(fā)燙。如今這一問題基本解決--因?yàn)槭┎牧蠘O好的導(dǎo)熱性得到了應(yīng)用。常州市碳元科技公司近年來(lái)生產(chǎn)出石墨烯導(dǎo)熱材料，迅速被應(yīng)用在智能手機(jī)上，成為小米等手機(jī)的大客戶。公司銷售額在3年內(nèi)從600萬(wàn)元“爆發(fā)式”增至2億元以上。

　　智能手機(jī)觸控屏的性能提升將直觀地改善用戶操作體驗(yàn)。上個(gè)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(dòng)終端電子產(chǎn)品上，可實(shí)現(xiàn)多級(jí)按壓感應(yīng)、輕按、輕擊、指甲敲擊、殼體振動(dòng)等多項(xiàng)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(diǎn)，改變了石墨烯一度只是簡(jiǎn)單替代傳統(tǒng)材料的局面，為軟硬件設(shè)計(jì)提供了充分想象空間。

　　值得一提的是，中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院已成功制備出國(guó)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(jī)、電腦的顯示屏將超薄、超輕，可彎曲。

　　石墨烯另一個(gè)備受期待的貢獻(xiàn)就是改進(jìn)鋰電池性能。成會(huì)明說(shuō)，簡(jiǎn)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(zhǎng)。這有望讓手機(jī)“秒沖”、電動(dòng)汽車告別幾小時(shí)充電成為現(xiàn)實(shí)。