全国“两会”于昨天闭幕。在这次“两会”上,以石墨烯为代表的新材料提案备受关注。在李克强总理政府工作报告中,重点提到要推动新材料、新技术、新产业加快成长。作为新材料中最受关注的产品,石墨烯到底是何方神圣呢?
石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”,科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”,极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
1.传说中的石墨烯到底是什么?
石墨烯与石墨之间有特殊的亲缘关系。石墨这种材料大家可能都比较熟悉,比如说铅笔芯、干电池内部的电极等,其主要成分就是石墨。从微观结构来看,石墨是一种层状材料,由一层一层的碳原子堆叠而成。对于每一层而言,其中的碳原子之间以牢固的共价键相结合,非常稳定。而层与层之间则是以一种比较微弱的作用力相互结合的,从而使得层与层之间比较容易脱离开。因此,厚的石墨是可以很容易地解离成薄的石墨片的。那么,石墨的这种结构就可以形象地类比成一本书,书中的每页纸就类比成一层碳原子。而我们要讲的石墨烯就好比石墨这本“书”之中的一页“纸”。
2.万能的石墨烯,万能在哪?
手机充电只需几秒钟?史上最薄电灯泡?光驱动飞行器?太空电梯?关于石墨烯非凡应用的新闻不断出现在人们的视野当中,那么,石墨烯究竟有哪些特性呢?
3.石墨烯的应用
2010年10月5日,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫因为在石墨烯材料方面取得突破性进展而获得诺贝尔物理学奖。鉴于石墨烯拥有如此光辉的前景,目前,各个国家都在大力推进石墨烯的“研发”和“市场化”两条道路。根据MarketsandMarkets发布的“2020年全球石墨烯市场趋势和预测”最新报告显示,到2020年全球石墨烯市场预计将达2.78亿美元,2015-2020年期间,增长率达42.8%。
事实上,中国早已是目前石墨烯研究和应用开发最为活跃的国家之一。
从生产角度看,作为石墨烯生产原料的石墨,在我国储能丰富,价格低廉。另外,批量化生产和大尺寸生产是阻碍石墨烯大规模商用的最主要因素。而我国最新的研究成果已成功突破这两大难题,制造成本已从5000元/克降至3元/克,解决了这种材料的量产难题。利用化学气相沉积法成功制造出了国内首片15英寸的单层石墨烯,并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上,制备出了7英寸石墨烯触摸屏。
2015年5月,全球首个石墨烯指数评价结果显示,全球石墨烯产业综合发展实力排名前三位的国家分别是美国、日本和中国。我国石墨烯研发、专利持有以及产业化进程均已在全球占据一席之地,申请专利数量占达全世界的40%。
可以猜想,新一轮的石墨烯热潮即将来袭。相信下一个十年将是石墨烯加速发展、走向大规模应用的十年。
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