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石墨烯前进道路上的四个“绊脚石”

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-08-23  来源:高分子科学前沿  浏览次数:202
核心提示:石墨烯的行业道路并不平坦,虽然“捧”石墨烯的行业人士并不少,但国内的石墨烯产业正处于概念导入期、产业化突破前期,行业人士更多的是保持观望。石墨烯在前进的道路上还处于冰火两重天的状态,要突破这种现状,成熟产业化是关键。
紧跟国际制造市场关注度追热点,向来是国内材料科研界的习惯,传统制造企业更是翘首以盼想要把已小有科研成果的新材料实现产业化,以求在业界内抢占新风口,形成竞争优势。
  
作为新材料中最受关注的石墨烯,自然是抢滩之重点。投资者们凡是听到石墨烯相关项目就一拥而上,科研者们更是废寝投入。市场上的呼声更是一浪接一浪,谁都不想错过如此被看好的热点王,但石墨烯是否真的值得这样的一味追捧呢?

原本石墨烯本来就存在于自然界,只是难以剥离出单层结构罢了,剥石墨烯可不像剥洋葱,石墨烯一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯哩!

皇天不负有心人,2004年,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫在实验室里从高定向热解石墨中剥离出石墨片不断剥离分解后得到了仅由一层碳原子构成的薄片,剥开了一层一层的表皮发现了“他的心”——单层结构的石墨烯。

一、一块价值连城的黑金

经过5年的发展,人们发现,将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了,那么石墨烯有哪些属性值得开发呢?

电子传输里的“刘翔”

石墨烯具有良好的电子传输性质,电子在石墨烯中传输的阻力很小,在亚微米距离移动时没有散射,具有很好的电子传输性质。(通俗的说,电子在别的材料中是按火车速度在跑,在石墨烯中是按飞船速度在跑,而且速度不受干扰)。

就在今年7月初,中国电信在广州举办的2016天翼智能终端交易博览会上,罗马仕展出了一款石墨烯充电宝,10分钟可充满6000mAh,号称要“开辟能源存储新纪元”。

力学里的“泰山磐石”

有实验表明,它们每100纳米距离上承受的最大压力可达2.9牛顿,是迄今为止发现的力学性质最好的材料之一,石墨烯是人类已知强度最高的物质,比钻石还坚硬,强度比石世界上最好的钢铁还要高上100倍。

“窗外艳阳似火,我心凉如寒冰”

导热性石墨烯具有极高导热系数,近年来被提倡用于散热等方面,在散热片中嵌入石墨烯或数层石墨烯可使得其局部热点温度大幅下降。甚至有研究表明其导热系数高达6600W/mK。优异的导热性能使得石墨烯有望作为未来超大规模纳米集成电路的散热材料,也许再过几十年,最近这些在高温天气里辛苦的空调和冰箱再也不用因为散热问题“间歇性发脾气”了。

一言蔽之,石墨烯在它超出现有材料的特征和独一无二的新特征上都向我们展示了一种前景良好的新材料形象。

二、应用广泛,潜力无限

正是依托这些强大的或独一而无二的属性,石墨烯在国内应用领域也取得了相当一部分成就。

晶体管:

中国科学院化学所以图案化的金属层作为催化剂制备了图案化的石墨烯,并成功地将其应用于有机场效应晶体管电极。

电极材料:

中科院兰州化学物理研究所在石墨烯一非晶碳复合薄膜的制备研究方面取得新进展。该薄膜有望作为一种新型的电极材料,应用于高效高寿命电池、电容器和平板显示器等领域。

传感器:

国家纳米科学中心和美国哈佛大学合作首次成功制备了石墨烯与动物心肌细胞的人造突触,建立了一维、二维纳米材料与细胞相结合的独特研究体系,为生物电子学的研究带来了新的机遇。

三、材料革命尚未成功,同志仍需努力

从中国石墨烯产业化的角度来说,随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破,石墨烯的产业化应用步伐正在加快,在全球石墨烯产业综合发展实力排名中,中国已跃居世界第一,但国内的石墨烯产业正处于概念导入期、产业化突破前期。整体上,还处在以研究为主的阶段,产品大都处在实验室阶段,产业化进程相对较慢。直至今年7月初,由东旭广电推出的石墨烯基锂离子电池才成为了国内首个从实验室走进市场的产品,引起极大反响。但这个备受关注的“新生儿”能否茁壮批量生产,遭到了不少的质疑。

事实上,石墨烯距开发至今已经12年,在学术界和业界一直被炒得火热,被誉为“颠覆21世纪的新材料”,然而其产业化进程却如履薄冰,十分缓慢,尤其是国内。

四、什么导致了石墨烯的冰火两重天?

4个原因阻住了前进的脚步

·昂贵的制备成本;

·资源利用率低;

·企业创新能力不足;

·产业链条短。

实际上,石墨烯作为研究热点,其突破性进展在学术期刊上频频传出捷报,各国也投入了大量的研究经费来支持与之有关的科研项目,石墨烯产业化应用指日可待。纵观每一次材料领域里新材料的诞生到应用,都经过了漫长而曲折的努力,最后的成熟产业化才能促使行业发生颠覆性变化。我们应共同努力,以工匠的精神扎扎实实地把其特性研究透彻,彻彻底底把其应用可能性逐个试验,使其在成熟的时机下,厚积薄发,迸发出能改变行业改变世界的光芒!
 
 
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