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”。
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呢?
石墨烯为何方神圣
日前,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。
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。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。
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。
电子设备产业迎来大变革
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。
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(38.1cm)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。
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。
从实验室走向产业化的关键时期
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。