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全讯网横空出世 “烯”望无限

时间:2015-12-12 10:10:18  作者:www.8886bet.com  来源:www.8886bet.com  查看:0  评论:0
内容摘要:从被比喻为最接近科幻名作《三体》“二向箔”的神秘物质,到被预言能改变21世纪的“神奇材料”,石墨烯正从实验室走进百姓生活。现在,它又将站在“风口”上,迎来发展的“春天”:中国“十三五”规划建议明确提出将加快突破新材料等领域核心技术。工信部等部委也于近日联合发文,提出要将石墨烯产业...

从被比喻为最接近科幻名作《三体》“二向箔”的神秘物质,到被预言能改变21世纪的“神奇材料”,石墨烯正从实验室走进百姓生活。现在,它又将站在“风口”上,迎来发展的“春天”:中国“十三五”规划建议明确提出将加快突破新材料等领域核心技术。工信部等部委也于近日联合发文,提出要将石墨烯产业打造成先导产业。

这一“横空出世”的新材料到底神奇在哪里?能给我们的生活带来怎样的变化?何时才能迎来属于它的大时代?新华社记者带着这些思考,深入基层,揭开石墨烯的神秘面纱。

石墨烯为何方神圣?

11月20日,工信部、国家发改委和科技部联合发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》,提出将石墨烯产业打造成先导产业,逐渐实现石墨烯材料在部分工业产品和民生消费品上的产业化应用。并提出到2020年,形成完善的石墨烯产业体系。

备受重视,身负使命的石墨烯,到底是何方神圣?

石墨烯,实际就是从石墨中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。铅笔芯用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起。

听起来稀松平常的石墨烯,却有诸多独一无二的特性。通俗来说,目前自然界中,这东西最薄、最结实,导电性极好,在工业领域中几乎无所不能。

石墨烯有多薄?厚度仅为普通纸张的十万分之一。记者在常州江南石墨烯研究院看到,在展示时,石墨烯片只能附着在塑料薄膜上,覆盖处的颜色明显深一些。

石墨烯的发现者、2010年诺贝尔物理学奖获得者安德烈·海姆这样描述石墨烯:可以被无限拉伸,弯曲到很大角度不断裂,可以抵抗很高的压力,同时还有着非同寻常的导热性和导电性。

“石墨烯电阻率极低,电子能在其中极为高效地移动,这使得石墨烯有非常好的导电性。”中国科学院院士、中国科学院金属研究所研究员成会明说,如果将石墨烯与电子元件、电子设备进一步结合使用,可以增强储电设备的储电率,提高储电性能。

虽然只有一个原子的厚度,但石墨烯却是非常强韧的材料。通俗地讲,它强过钻石,“秒杀”钢铁。同时它又有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。如果用一个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。

石墨烯还具有“针插不进、水泼不进”的零渗透特性。如果给船体涂上石墨烯涂层,就好像穿上防腐“铠甲”;如果发生化学品火灾,一张石墨烯薄膜可以把火灭掉。

石墨烯的惊奇之处还远不止此。1克重的石墨烯展开后面积为2630平方米!“这么大的比表面积(物理用词:1克固体拥有的总表面积)使其拥有超强的吸附性,我们正在研究用它做过滤装置,用于海水淡化、污水处理等领域。”青岛赛瑞达电子装备股份有限公司董事长宋立禄接受记者采访时说。

为了研究石墨烯,科学家们历经艰辛。当初在实验室获得的石墨烯片价值超过最珍贵的钻石。“100平方纳米的石墨烯,就要几千欧元,肉眼都看不见。”江南石墨烯研究院副院长董国材说,经过不断探索,制备石墨烯的新方法层出不穷,工业化生产石墨烯已经成功。

现在,江苏常州已有一个国家级的石墨烯产业基地,聚集着50多家企业,这里的石墨烯技术具备国际一流水平。石墨烯成本价也因批量生产大大降了下来,目前1平方米石墨烯片价格在300元左右。

与生产生活接轨,“烯”望无限

随着科研发展,目前,石墨烯系列产品开始走入百姓生活。不久前在青岛举办的2015中国国际石墨烯创新大会上,石墨烯理疗、保暖产品、LED用高导热石墨烯复合材料、石墨烯防弹材料等20余种石墨烯产品全新推出。

青岛华高墨烯科技有限公司董事长施建新向记者介绍,利用石墨烯特性研发的新型防弹衣,防弹插板只需17毫米就能达到甚至超过传统产品的防弹效果,重量还可减轻20%。

“利用石墨烯良好的导电性、散热性和材质坚固性,我们研发了石墨烯导静电轮胎,目前主要用于特种车辆和装有易燃易爆等危险品的车辆。”施建新说,导静电轮胎可以避免普通轮胎与地面摩擦产生的静电,从而避免装有易爆品等危险品的车辆发生爆炸。

在石墨烯的诸多应用中,最受普通大众关注和期待的,是它改变手机等电子设备产品功能的可能性。

智能手机刚出现的时候,长时间通话、玩游戏,手机就会发烫。如今这一问题基本解决——因为石墨烯材料极好的导热性得到了应用。常州市碳元科技公司近年来生产出石墨烯导热材料,迅速被应用在智能手机上,成为小米等手机的大客户。公司销售额在3年内从600万元“爆发式”增至2亿元以上。

智能手机触控屏的性能提升将直观地改善用户操作体验。上个月,常州二维碳素科技公司推出了全球首款石墨烯压力触控传感器,这一技术应用于智能移动终端电子产品上,可实现多级按压感应、轻按、轻击、指甲敲击、壳体振动等多项功能。二维碳素科技公司周振义副总裁表示,这一技术充分利用了石墨烯高柔韧性、高灵敏度性等特点,改变了石墨烯一度只是简单替代传统材料的局面,为软硬件设计提供了充分想象空间。

值得一提的是,中国科学院重庆绿色智能技术研究院已成功制备出国内首片15英寸单层石墨烯触摸屏,并正在开发系列基于石墨烯的柔性传感器件。今后手机、电脑的显示屏将超薄、超轻,可弯曲。

石墨烯另一个备受期待的贡献就是改进锂电池性能。成会明说,简单讲,在锂电池中加入石墨烯复合导电粉末,充电更快、容量更大、寿命更长。这有望让手机“秒冲”、电动汽车告别几小时充电成为现实。

被科学家预言将“彻底改变21世纪”的石墨烯,还有什么令人期待?

根据此次三部门印发的《意见》,未来,石墨烯将在航空航天、武器装备、重大基础设施,以及新能源、新能源汽车、节能环保、电子信息等领域有广泛应用。而石墨烯薄膜、石墨烯功能纤维的穿戴产品的开发,也让这一新材料更好地服务民生。

发展路线渐明 石墨烯时代还有多远?

目前,石墨烯产业已被纳入国家战略布局。《中国制造2025》选择10大优势和战略产业实现重点突破,在首个重点领域技术路线图中,石墨烯材料成为前沿新材料的四大重点之一。“十三五”新能源汽车重点专项,也将石墨烯等新材料列为重点发展领域。

值得关注的是,中国本身就有生产石墨烯的独特优势。据统计,我国石墨矿储量占到世界总储量的75%,生产量约占世界总产量70%。目前,我国石墨烯企业已超过百家,并在常州、无锡、青岛、深圳等地形成产业集群。

业界普遍认为,经过自主系统研发,生产技术、工艺装备和产品质量取得重大突破,我国石墨烯材料在储能器件、改性材料、智能穿戴等产品上的应用效果逐步显现,产业化步伐明显加快。我国石墨烯材料正处于从实验室走向产业化的关键时期。

把石墨烯产业打造成先导产业,国家政策指明了石墨烯产业的发展路线。业内人士认为,政策利好不断释放,石墨烯产业的发展将真正迎来春天。“2015年是我国石墨烯产业发展元年”,中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春说。

前景美好,“烯”望无限,但不得不承认,我国石墨烯产业发展仍有诸多短板亟待补齐。

中科院院士、北京大学教授刘忠范说,要实现石墨烯的“明星”应用,需要生产出低成本、高品质的石墨烯成品。“但业内人都知道,要制出这种石墨烯并非易事。我们在技术层面还有很多挑战,批量化或大尺寸生产都还没能克服”。

一些业内人士指出,欧盟在2013年初对石墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”给予10亿欧元的资助,这是欧盟历史上最大的投资。而我们的投资力度还较弱,目前据公开资料还暂无政府性的石墨烯专项投资。即使是企业类投资,最大的一笔也不过5亿元。

而且,我国的石墨烯高端专业研发人才缺乏,研究力量也较为分散,亟须建立一条完整的石墨烯研发、生产、应用的全产业链,优化研究和产业化生产环境,强化分工合作共同对石墨烯的应用市场进行培育与开拓。

此外,虽然石墨烯研究应用发展迅猛,但石墨烯的研究单位和企业在石墨烯的定义、性能、制备方法等行业技术核心问题上尚未形成共识,石墨烯标准尚需进一步规范。

青岛高新区节能技术与新材料事业部部长张志强等表示,石墨烯产业必须避免当年纳米技术那样一哄而上的局面,需要整个资源进行创新布局,形成聚合效应。

施建新等业内人士也认为,国家应抬高石墨烯企业的准入门槛。治理、关停一批规模小、技术落后、污染严重的企业,将优质石墨烯资源配置给有实力、有技术、有社会责任的企业,做大做强高科技龙头企业集团。


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