石墨烯會不會成為第二個納米技術騙局?
2010年諾貝爾物理學獎授予英國曼徹斯特大學安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,以表彰他們在石墨烯材料方面的卓越研究。安德烈·海姆是世界上唯一一個同時獲得過諾貝爾獎和搞笑諾貝爾獎的科學家。瑞典皇家科學院:「由於它實質是一種透明的、非常好的導體,石墨烯可以用來生產透明觸摸屏、燈光板、甚至是太陽能電池。它是一種完美的原子晶格。」
2015年7月28日,XX集團宣布「生物質石墨烯功能纖維及其在紡織領域中的運用」項目通過驗收。
據介紹,利用生物質石墨烯內暖纖維製成的服裝具有低溫遠紅外、抗菌抑菌、防靜電等智能多功能特性,主要技術指標及性能達到國際領先水平。
石墨烯自2004年被發現以來,海姆和諾沃肖洛夫於2004年製成石墨烯材料。這是目前世界上最薄的材料,僅有一個原子厚。自那時起,石墨烯迅速成為物理學和材料學的熱門話題。全球對其研究熱度一再升溫,但石墨烯產業化和多領域應用一直是世界性難題。XX集團不僅從植物秸稈玉米芯中創造性地生產出了生物質石墨烯,而且還生產出了玉米芯纖維,同時將石墨烯與玉米芯纖維複合生產出內暖纖維並實現了工業化大生產。
由石墨烯內暖纖維製成的服飾有什麼特別效果呢?這些衣物穿三四天都不會有異味,它能迅速升溫,產生對人體有益的遠紅外線。目前這些產品還處在試用階段,大概會在一個月後上市。上市後,一雙襪子的售價大概在一百元左右,一件保暖內衣售價大概在千元左右。對這些智能服飾市場前景直言:「雖然目前看是比市場上的普通商品價格略高,但其勝在性價比,主要定位於中高端收入人群,未來前景還是很看好的。」
這款內暖:生物質石墨烯加護保暖衣居家服秋冬季男式秋衣秋褲休閑睡衣套裝 網購¥1998.00 。
如在中國,人們已經可以買到各種各樣的石墨烯產品。新三板上市公司XX集團已經在市場推出了石墨烯襪子和內衣。該公司宣稱,他們在產品中添加了生物質石墨烯「內暖」纖維,這是一種全新的智能多功能複合纖維,「具有激活免疫細胞、防護紫外線、改善微循環、抗菌抑菌、增溫增陽等特性,還可以除臭」。這些產品目前的定價遠高於常規產品,價個最低的石墨烯口罩、防霧霾 PM2.5冬季防塵口罩網購¥69.00。一條內褲的價格近300元,一條石墨烯腰帶的價格需近600元,發熱服則賣到近2000元。
這位提問者您關於:衣服襪子不變形、不褪色、不用洗、不會臟、無異味,弄得讀書的我嚮往的要死,以後的襪子只要買一雙就行,重要的是不用天天洗,結果我現在頭髮都白了,還沒買到這樣的納米衣服襪子。其實早在兩年前就可以爽了。只是您沒有·仔細尋找罷了,現在您只要有錢,琳琅滿目的商品,僅僅網購就可以爽微微了!
採用石墨烯技術可以讓手機屏幕變得彎曲、摺疊(網路圖片)
2015年6月01日,中科院重慶綠色智能技術研究院(簡稱中科院重慶研究院)已經成功製備出國內首片15英寸的單層石墨烯,其尺寸達到了國內最高水平。石墨烯是由碳原子組成的單原子層平面膜,可以作為製備新型觸摸屏的核心部分——透明電極的材料。與現有手機觸摸屏材料相比,石墨烯更、幾乎完全透光、強度更大,同時一定程度上彎曲摺疊,不會對屏幕造成損害。今後5年左右,在其他部件和材料相應改進的前提下,手機、電腦的顯示屏就可以真正實現可摺疊。
未來10至20年內將爆發一場技術革命,即「石墨烯時代顛覆硅時代」。據稱,石墨烯材料如果取代硅,有望讓計算機處理器的運行速度快數百倍;石墨烯有望引發觸摸屏和顯示器產品的革命,製造出可摺疊、伸縮的顯示器件;石墨烯強度超出鋼鐵數十倍,有望被用於製造超輕型飛機材料、超堅韌的防彈衣等。
英國劍橋大學的研究人員開發出首個可彎曲的石墨烯柔性屏幕,在柔性顯示屏的研究上更進一步。劍橋大學的新發明使用電泳顯示器,通過電場將粒子懸浮。與大多數顯示屏不同的是,新的顯示屏採用軟塑料和石墨烯底板取代傳統的金屬電極。石墨烯比傳統的陶瓷如銦錫氧化物更加柔韌,比金屬薄膜更加透明;且石墨烯更易於加工和生產,生產成本更低。石墨烯可用於創建提供全彩色高清圖像顯示屏。此外,使用石墨烯底板將允許嵌入感測器,使顯示屏更能與觀眾互動,可滿足未來柔性電子設備發展需求。
石墨烯在新能源、散熱、功能塗料、觸屏、導電油墨、複合材料、環保、潤滑劑、標準化等多個熱點領域的應用。
石墨烯材料應用領域廣泛:上圖為中國專利應用分布。
圖為全球專利應用分布。
2016年9月23日,「2016中國國際石墨烯創新大會」開幕式在青島國際會展中心隆重舉行。
石墨烯是當今各國最為關注的新材料,發展前景巨大,石墨烯創造的需求極有可能掀起一場席捲全球的新技術新產業革命。中國是石墨烯資源大國,也是石墨烯研究和應用開發最活躍的國家之一,在此次大會上院士、專家,各位參會代表充分交流在石墨烯領域科技創新和產業發展方面的成果和經驗,為中國和世界的石墨烯創新發展做出積極貢獻。
青島發展石墨烯產業的先天條件和後發優勢。青島擁有豐富的石墨資源,儲量佔到全國的22%,而且資源品質高、開採難度低;青島搭建了石墨烯科技創新平台,大批領軍人才與科研資源落戶青島,技術研究和產業化能力不斷提升;青島具有良好的產業集聚和全產業鏈能力,目前已經有兩家石墨烯企業在四板掛牌上市,以石墨烯為引領的先進碳材料特色產業集群初步成型;政府和社會的高度重視和強大支持。對石墨烯行業的創新發展寄予了深切希望,期待以創新突破石墨烯技術的瓶頸,以創新提升產業發展的動能。高新區全力打造國家石墨烯及先進碳材料特色產業基地,建設總佔地515畝的石墨烯科技創新園,為國內外優秀的石墨烯創新型企業提供更為廣闊的發展空間。
曼徹斯特大學國家石墨烯研究院已經與以華為為代表的中國科技企業開展合作,同時,也願意嘗試與深圳更多的石墨烯企業和機構進行石墨烯技術產業化方面的合作。
當地時間2016年10月14日,英國威廉王子和凱特王妃參觀曼徹斯特大學的國家石墨烯研究所,並試乘了一輛以石墨烯材料製造的汽車。
提起石墨烯,你會想到什麼?除了能制電池、造手機,納米級的石墨烯還能殺死細菌。
石墨烯與細菌蛋白質作用模擬圖。
請點擊此處輸入圖片描述
左邊為單純的蛋白質之間的作用,右邊為石墨烯與蛋白質之間的作用。
三醫大西南醫院該院綜合實驗研究中心羅陽團隊發現,納米級的石墨烯可以通過物理方式殺死細菌。將來,也許一個「石墨烯」創口貼就能治癒傷口,一個「石墨烯」杯子就能減少細菌生長。與此同時,羅陽團隊進行了大量研究,將納米級的石墨烯與綠膿桿菌、大腸桿菌等十多種細菌分別放在一起,以監測其作用。「經過實驗發現,石墨烯對細菌有相應的抵抗性。」羅陽說,納米級的石墨烯可以通過物理方式殺死細菌。羅陽介紹,未來1至2年內,納米級石墨烯有望成為新的抗菌藥物。由於人體不能吸收碳原子,在完成「使命」後,石墨烯會通過腸道排出,比抗生素更安全,為更有效地抗細菌提供新途徑。
針對體內的疾病,羅陽表示,還需要進一步做生物安全性實驗,看是否會對體內細胞產生影響。
石墨烯那麼厲害,那它都有哪些用處呢?「因為它是物理性質的殺菌,更多地可能運用在紗布上面,也許以後會做個『石墨烯』創可貼。」另外,石墨烯還能應用到導管等醫療器械上,「泌尿科的病人現在3天就要取一次導管,如果在導管內壁鍍上一層石墨烯,可以抑制細菌生長,延長換導管的時間。」羅陽說。
除了在醫療上的醫用,石墨烯還能做杯子。「如果在杯子里鍍一層石墨烯,細菌也不容易增長。」羅陽表示,團隊正在做相關的研究實驗。羅陽介紹,未來1至2年內,納米級石墨烯有望成為新的抗菌藥物。由於人體不能吸收碳原子,在完成「使命」後,石墨烯會通過腸道排出,比抗生素更安全,也為更有效地抗細菌提供新途徑。除了在醫療上的醫用,石墨烯還能做杯子。「如果在杯子里鍍一層石墨烯,細菌也不容易增長。」羅陽表示,團隊正在做相關的研究實驗。今後,在我們的生活中,桌面、牙刷、內衣褲,甚至生活中一切需要減少細菌產生的地方,都可能含有石墨烯,因為該材料成本很低。
另外,該項研究將極大推動納米技術在醫療上的應用。下一步,羅陽團隊將對石墨烯的表面進行「修飾」。因為細菌有好有壞,不能統統消滅,這就要讓石墨烯有選擇性地殺傷指定的細菌,從而達到治療的效果。羅陽表示,今後,我們到醫院會發現:可以高靈敏地快速檢測血、尿液、唾液中的特定微生物是否存在及其濃度,明確不同的疾病和感染部位。醫院可製備、分離、組裝納米材料(如氧化石墨烯),構建出石墨烯修飾的檢測晶元,用於多種感染源的判斷,對於疾病的治療具有重要意義。
現在唯一需要的是時間,從學術研究到工業生產並不是一個即刻生效的過程,但從實驗室到工廠的橋樑已經搭建。您說的在深滬股市,大炒熱炒石墨烯概念,凡是和石墨烯沾點邊的股票,頓時雞犬升天,繁華過後是浮雲,套牢大批無知小股民。石墨烯的神奇還引來大批依傍石墨烯的騙子,欺騙世人,騙取錢財,沽名釣譽。這一切與純粹的石墨烯技術毫無關聯。研究如每天所做,就怕投機的人等不起。
我們都知道石墨是由無數碳原子(分子)組成的,而在石墨中可以得到一種只有一個原子那麼厚的單原子層石墨,就是石墨烯。石墨烯是現在已知最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料,被稱為「黑金」,可以取代煤炭與石油天然氣,成為提供人類生活所需大多數發電能源的來源。
石墨烯原子結構
日本作為碳材料產業最發達的國家之一,從2007年起就對石墨烯的開發進行資助。除了日本政府的相關投入外,日本眾多企業,如日立、索尼、東芝等投入了大量資金和人力從事石墨烯的基礎研究以及應用開發,並取得了顯著進展。日本索尼公司2012年就研發出了可以生成長度達120米的石墨烯的透明薄膜化學氣相生長技術。
美國作為科技強國,研發實力強,具有眾多研發實力強勁的大型企業。2012年,美國IBM公司成功研製出首款由石墨烯圓片製成的集成電路,使石墨烯特殊的電學性能彰顯出應用前景,預示著未來可用石墨烯圓片來替代硅晶片。
2014年10月,IBM研究人員發現石墨烯材料能大幅降低藍光LED成本,而這種技術有機會催生高頻晶體管、光探測器、生物感測器以及其他「後硅時代」組件,為此,該公司計劃未來5年內投入30億美元研究下一代晶元技術。
石墨烯圓片集成電路
我國在石墨烯領域的研究起步與發達國家相比較晚,國家在「十二五」規劃中間明確將新材料列為重要的戰略新興產業。目前部分石墨烯公司具備生產石墨烯粉體、漿液、導熱膜、功能塗料、導電油墨和觸控屏的能力。
但在產品質量提升和下游市場開發方面仍存在巨大的提升空間,國內石墨烯產業尚未形成完整的、成熟的產業鏈。
而作為現狀網上傳得轟轟烈烈的石墨烯電池,這裡也有必要說一下,石墨烯在電池的應用上可以用於電池的負極材料和導電添加劑。石墨烯作為負極材料一般是使用石墨烯與其它新型負極材料形成的複合材料,但是,實踐經驗表明,綜合運用常規技術和工藝,同樣能夠取得類似甚至更好的電化學性能。
西班牙Graphenano公司開發的石墨烯電池原型
再來說說石墨烯用於導電劑的可能性,其原理是石墨烯有更優異的導電性,但是比起現正逐漸打入動力電池市場做導電劑的碳纖維(VGCF)和碳納米管(CNT),三者之間差異很小,並且在價格和加工性方面,石墨烯都比不過碳纖維和碳納米管。
而韓國三星製造出來的石墨烯電池是採用了石墨烯球當導電劑。沒錯,就是石墨烯球,其中氧化硅的質量大約佔到一半(57.5%),製備這個石墨烯球方法是CVD(化學氣相沉積),方法本身「貴+設備要求高」,以至於難擴大化生產。
並且石墨烯成本價格很高,國內石墨烯價格大概為3元/克,而石墨價格為2-6元/千克,有著近千倍的差距。
石墨烯球結構
目前阻礙石墨烯大規模商業化應用的難點在於兩個方面:工藝上來看,如何批量化地製備大面積、穩定性好、高質量的石墨烯是難點之一,目前整個行業仍處於產品研發階段,只有少數企業能夠大規模製備高質量石墨烯,行業層面的不良率影響了下游的應用推廣;銷售層面上看,業內企業仍無法穩定獲取利潤,如何整合上下游產業鏈,即推廣或銷售將成為石墨烯產業發展的關鍵。
應該不會。作為科研人員最喜歡的神奇材料,石墨烯在實驗室的出鏡率、使用率都非常高,但如果把它帶到地球之外的地方又會發生什麼呢?近日,來自歐洲的一支國際科研團隊就做了這樣的嘗試,他們在微重力模擬環境下對這種物質進行了測試。
如果對石墨烯不是很了解這裡做個簡單介紹,它是一種由碳原子組成的材料,其擁有非常好的導熱性和導電性並且還非常堅固、輕便、靈活,這使其擁有在太空應用的強大潛力。
據了解,來自劍橋大學、歐洲航天局以及Graphene Flagship的科學家們試圖在模擬微重力環境下對石墨烯進行測試。由於石墨烯擁有優異的導熱性,所以在實驗中它以環路熱管中的部件展開測試。這種熱管通常被用作衛星的冷卻系統,通過蒸發和凝結流體將熱量從電子設備中輸送出去。研究小組想要測試下該系統的效率是否能通過石墨烯來改變。
最初的地面測試結果顯示這種材料確實能起到這種作用。之後,研究人員把幾根環路熱管--一些塗了石墨烯一些則沒有--帶上模擬微重力環境,最終結果顯示,石墨烯塗層更有效。
接下來,這支科研團隊打算在衛星或空間站對石墨烯進行測試。
{!-- PGC_VIDEO:{"thumb_height": 360, "file_sign": "ccea58e3cf2ea888a041cee5e0fd8d30", "vname": "", "vid": "3ef4f2eaa57e4dfd8c42133592186444", "thumb_width": 640, "video_size": {"high": {"duration": 229.52, "h": 480, "subjective_score": 0, "w": 854, "file_size": 13998250}, "ultra": {"duration": 229.52, "h": 720, "subjective_score": 0, "w": 1280, "file_size": 27575593}, "normal": {"duration": 229.52, "h": 360, "subjective_score": 0, "w": 640, "file_size": 9864800}}, "src_thumb_uri": "5f370002c89bd8b152d9", "sp": "toutiao", "update_thumb_type": 1, "vposter": "http://p0.pstatp.com/origin/5f370002c89bd8b152d9", "vu": "3ef4f2eaa57e4dfd8c42133592186444", "duration": 229.52, "thumb_url": "5f370002c89bd8b152d9", "md5": "ccea58e3cf2ea888a041cee5e0fd8d30"} --}
報告看點梳理:
①石墨烯行業概況及四大主流製備方法優劣對比
②劃分石墨烯製備生產和具體應用兩大產業鏈分析,細分電子器件、能源領域及其他領域
③國家地區政府、科研機構以及跨國企業均積極投身石墨烯行業,「新材料之王」飽受追捧!
④知名投資機構布局及地域分布
石墨烯+兩層布 媽媽再也不用喊你穿秋褲
近日,一則有關石墨烯的新聞極大地拉近了高大上的「石墨烯」與普羅大眾的距離。石墨烯作為一種「新材料」、高科技,其應用領域確與我們的生活息息相關。觸摸屏、晶元、寬頻、醫療……甚至最為常見的充電寶,以及冬天必備的保暖裝備,石墨烯的出現都將極大程度地改變我們的生活,為我們增添不少的便利。
石墨烯是電阻率最小,硬度最強的納米級碳原子材料,導熱非常快。通過工藝的處理可以持續的發熱,成為「要溫度不要厚度」的可穿戴材料,並且能在30-50℃之間自由的調控溫度。
有了它,這個冬天,媽媽再也不用喊你穿秋褲了!
「黑金」 「新材料之王」石墨烯異軍突起!
2015年11月30日,工信部、發改委、科技部聯合印發《關於加快石墨烯產業創新發展的若干意見》。意見指出,要把石墨烯產業打造成先導產業,到2018年,實現石墨烯材料穩定生產;到2020年,實現石墨烯材料標準化,形成若干家具有核心競爭力的石墨烯企業。
目前石墨烯已經被研發人員廣泛應用於電子科技、網路通訊、潔凈能源、生物醫學、航天軍工、複合材料以及智能家居等諸多領域。
我國對石墨烯領域的研究與開發較早地就給予了關注。2012年以來我國累計出台10餘項石墨烯相關政策。
十三五規劃等一系列文件也都將石墨烯納入大力發展的新材料領域。機構預測,2017年我國石墨烯市場總體規模有望突破100億元。石墨烯行業發展提速,相關公司有望受益。
產業分析——石墨烯製備生產類企業
自 2004 年第一次用機械剝離的方法得到石墨烯後,石墨烯優良的性能和廣闊的應用前景吸引了世界各國研究者的關注,隨之開發出眾多石墨烯製備方法。
目前,化學氣相合成法、外延生長法、氧化還原法較為常見,上述方法各有優劣。此外還可以通過石墨插層、有機合成、晶膜生長、溶劑加熱等方法製備石墨烯,在此只對目前主要的石墨烯製備方法加以介紹。
石墨烯製備方法優劣對比
部分石墨烯製備企業介紹
產業分析——具體應用之石墨烯材料類企業
中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟於 2013 年應運而生,聯盟以整合協調產業資源為宗旨,積極推進低成本石墨烯及裝備技術進步和產業化,布局技術路線、標準戰略、國際合作、產業促進和專利布局,提升產業整體競爭力。
石墨烯材料類相關企業介紹
產業分析——具體應用之石墨烯產品應用類企業
實驗室研究已經證實了石墨烯具備優秀的電學性能、機械性能、光學性能和高比表面積,包括中國在內的許多國家地區的政府科研機構以及跨國企業已經積極投身石墨烯製備和應用研究。
部分石墨烯產品應用類企業介紹
目前已知的石墨烯產品應用領域包括電子器件領域、能源領域、環保領域以及金屬製品的電磁防護、防腐塗料、油墨等等。
投資動向分析
79家企業中,公開企業資本市場狀態的有37家,其中A股上市的有20家,新三板上市的有11家。
投資機構布局
最受機構追捧企業
從79家企業的地區分布上看,石墨烯行業關聯企業主要分布在深圳市,有12家相關企業。其中杭州市有3家相關企業。
報告數據來自參照系,截至2017年11月
參照系研究院·出品
材料學在讀博士,希望藉助這個平台分享一些所見所聞所想。
首先說結論,目前,至少是目前,在文案里宣傳自己使用石墨烯技術的產品,99.9%都趁著「石墨烯熱」忽悠消費者的無良商家!!!(不說100%不是因為有例外,而是因為作為理工男不能輕易把話說絕)
這一點確實和「納米騙局」一樣:幾乎全部宣傳自己用到納米技術的產品都是在借著「納米熱」騙錢;真正實用的納米技術,大到高鐵飛機所用高強度合金、小到手機裡面的高速晶元,反而不會強調「納米」,而是在用實實在在的產品性能征服消費者。
「石墨烯」能拿諾獎,是因為它的發現顛覆了原有的認知,作為一個極端的模型有助於幫助我們在納米和亞納米尺度上認識所謂的「二維材料」。事實上石墨烯一點也不實用,因為太小太薄成本太高,而且性能上幾塊錢一公斤的石墨粉也夠用。事實上現在產品里實際應用的都是超薄石墨片,這個與真正的石墨稀還差著幾十萬倍呢!
目前石墨烯有商用潛力的特性只有兩種:
一、超級強的強度
石墨烯的強度是同等鋼材的200倍,這個無須多言。
二、超級好的導體
石墨烯是一個超級超級好的導體,能迅速運輸電跟熱,理論上電子在石墨烯中的速度是銅的600倍。
—————但是的分割線————
但是!但是!但是!
石墨烯在大眾消費領域目前依然是接近零突破,所以真不能相信襪子!!
為什麼?
因為石墨烯一旦疊加超過10層,就會變回石墨!!也就是目前做不出超過10個原子厚度又帶有石墨烯完整特性的材料,例如你能肉眼看見的繩子啊纖維啊,用純石墨烯都是做不出來的!
回到上面,1強度大於鋼材200倍,但要疊加幾千層才能達到1毫米鋼板的強度,還要想辦法不讓它變回石墨。
2導電性是銅的600倍,但石墨烯只有一個原子厚,能攜帶的自由電子很少,如同萬人長跑結果就1條跑道,還是會堵死。而把他疊加10層就變回石墨了,白瞎。
所以總結下來,純石墨烯目前僅僅能在微電路導電或者極微小器件的散熱上使用,特性僅限以上兩種。而所謂抗菌消炎拉動細胞活力,這種老套的詞一看就是子虛烏有。
————繼續割————
那麼2016年30多家上市公司資本熱炒石墨烯是個什麼情況
因為石墨烯有個材料形式叫做「石墨烯粉」,而膨脹石墨、石墨微片可以在其中魚目混珠。
石墨微片在原子層數小於5層時,也能表現出石墨烯的部分特性(強度除外)。
而石墨微片跟正牌石墨烯粉,外觀手感都是一樣的。
企業往產品里添加石墨烯粉,雜質未知,就能號稱各種神奇效果了。
所以資本市場幾十億幾百億在炒,那真是短期炒作套利,實際在技術開發的錢基本沒有。石墨烯前景是很遠大的,只是今年明年,還是把它當納米來看的好。
真的不知道吃瓜群眾怎麼想的,石墨烯的作用是被廣大研究人員認可的,雖然有些地方有誇大的成分,但是它在電容器等領域的作用絕對不容忽視。很多人從投資領域說石墨烯是騙錢的,我不知道這些人有多少錢投進了石墨烯,並且輸掉了褲子?一個個裝的很懂的樣子,比專家還厲害,其實連掃描電鏡和透射電鏡是什麼樣都沒見過。
我想奉勸那些對科技方面沒有一點了解的吃瓜群眾,不懂別裝懂。你們自己不懂不要緊,說多了,三人成虎,誤導他人。你們可以說這東西不值得投資,風險大,自己不去投,讓別人不去買股票什麼的,都沒問題,沒人搶你們的錢往裡扔。但是從事實上去否定這個東西,傳播錯誤的認知,就是噁心人的事兒了。
真的是內行的話,拿出你們的實驗數據,說明這個東西不行,大家誰都會信服。你要是能拿出實驗成果發個nature,science,jacs什麼的,告訴全世界石墨烯是個大騙局,你能得到的榮譽和金錢能夠你吹兩輩子的。誰不信的可以試試。
傳播錯誤的知識是可怕的,傳播無知是可恨的。
石墨烯現在就相當於以前的硅…硅的廣泛應用前前後後一共經歷了19年的時間…才有了現在硅時代…而石墨烯現在正處於瓶頸…很多關鍵技術有待解決…但是不可否認的事其理論價值很高…非常有投資價值…現在我們國家和政府對石墨烯可以說是大力扶持…只是目前還沒有實現技術突破(準確的說全世界都沒實現
首先,納米技術不是騙局。納米是微尺度上的突破,納米技術是很多學科的基礎。現在單獨作為一個名詞,納米好像並不熱,但恰恰說明納米已經深入到各行各業,成為一種通俗的學科。這不是從神壇墜落,而是通過科研人的不懈努力,把新興產業變成大規模產業。
其次,石墨烯當然更不是,他是材料中的全能戰神,從理論上講他有無限的可能。可惜的是,人的能力有限,未必讓他實現價值。但是,石墨烯的初步性能已經得到認可,譬如鋰電池的石墨烯電極已經得到廣泛應用,石墨烯透明導電膜可能會給顯示方式帶來革命。
我們先來了解一下什麼是石墨烯,石墨烯是一種二維納米碳材料。神馬?「二維」、「納米」好高大上的樣子哦。No,其實沒啥特別的。你用2B鉛筆在紙上劃一道,拿著這張紙對著陽光看痕迹,黑黑的亮亮的對不對?那裡面就有石墨烯。
OK,把石墨烯拉下神壇之後,我們來看看石墨烯究竟有什麼能力被鼓吹成「第三次工業革命的核心」。安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在2010年用膠帶粘出了單層石墨烯然後就獲得了諾貝爾獎。至今已經18年過去了,傳說中的工業革命並未發生。被給予厚望的材料還有同類型的碳納米管和富勒烯,都沒有如我們期待的那樣大幅度的改變我們的生活。
二維,只是說單層石墨烯的厚度可以達到0.335nm,並不是說它沒有厚度。只是真的非常薄。說它是納米材料,也是從這個角度講。那它傳說中超高的導電性,導熱性,傳說中無敵的機械性能從何而來呢?那是這個領域的科學家在納米尺度,用一些特殊儀器測試並推算出來的。對應的理論基礎是很完美的石墨烯結構。你可以想想一下,一個能夠達到理想性能(鋼筋強度200倍,不用怎麼洗,髒了抖一下就行,還能像金屬一樣導電)的手帕,假設它是30X30cm大約900平方厘米的面積,厚度大概是500um。那麼它必須且至少由1492537.31個大單層重疊,每個單層面積是900平方厘米,而且單層的晶格結構必須是完美的六圓環,而且不能存在缺陷。大家知道這是什麼概念嗎?
目前人類通過成本極高的氣相沉積法做出來的最大石墨烯單晶面積僅為幾厘米,我了解到的最新信息大概是3平方厘米左右。而且存在晶格缺陷,無法保證全部單層。這已經是目前製備石墨烯質量最好的方式了。不過技術總是在進步,我國的寧波材料所在這方面投入很多,並且取得了一些成就。他們已經可以生產連續的石墨烯薄膜,如果晶格缺陷和尺寸的問題能夠解決那麼就會距離目標更進一步。使用氣相沉積法作出大尺寸(900平方厘米)無晶格缺陷的石墨烯,全世界一年的產量估計不超過10g。這大概是個什麼概念呢,一克單層石墨烯的理論面積為2630平米,也就是說僅需不到3克就可以覆蓋一個標準足球場,再想想做一個手帕到底是怎樣的不現實。
石墨烯從本質上講可以說是石墨的分子,那為什麼石墨沒有傳說中的性能呢?因為石墨含有大量雜質,而且存在層間錯位,石墨烯每一層之間的大π鍵讓石墨烯層間結合力比較大,還會石墨烯容易錯層,所以石墨會有層間滑移現象(這也就是為什麼越黑的鉛筆寫字的時候越順滑的原因)。因此石墨無法體現出傳說中的性能。目前科學家們的首要任務就是怎樣用成本低廉的方式把天然石墨中的石墨烯單層(晶格結構比較好)分離出來,並且讓他在一個體系(氣液固)中穩定的分散。目前我們連這一步都沒做到,更別說其他的了。
小編個人作為石墨烯下游領域的從業人員,主要了解的是石墨烯在化工工業領域的應用——工業保護塗料,從這個我最熟悉的範疇來講,石墨烯已經可以帶來一場小型的革命,顯著提高施工效率同時降低成本。具體的操作方式就是將一定尺寸的石墨烯粉料或漿料(石墨烯成2層-7層的狀態,每片的平面徑向尺寸在5-30um),加入到傳統的工業保護底漆中(並非簡單添加,而是匹配整個體系),提高傳統工業塗料中金屬鋅的利用效率(利用石墨烯導電性)。可以在降低漆膜厚度的同時,通過石墨烯的屏蔽性能來提升漆膜的抗腐蝕能力。太專業的東西這裡不涉及,只是說個大概的經濟效益吧。在同樣的防腐蝕能力條件下,每平米漆料用量減少四分之三,VOC(揮發性有機物,環保的重要指標)減少一半,塗裝施工效率提升三分之一(時間就是金錢)。但是有利就有弊,石墨烯的長期實際防腐蝕效能還沒有經歷時間的檢驗。學術界也對此有截然不同的看法,有的認為石墨烯的導電性反而會加速鋼結構的腐蝕。另一方面,由於石墨烯的檢驗檢測是個難題,對於產品的驗證和推廣形成阻力。中國大大小小的塗料廠有很多都宣稱能夠生產石墨烯塗料,但是石墨烯從本質上說和炭黑以及石墨都是一樣的C元素組成的材料,很難通過簡單的化學定性分析判斷。想要驗證一款石墨烯產品到底是真的添加了石墨烯還是炭黑(價格差著十萬八千里)就需要用到很高級的材料分析測試設備,而且還需要綜合好幾種方式(比如TEM、拉曼光譜、SEM等)才能判斷出來我買的東西里真的加了石墨烯而不是石墨,這對於產品的應用推廣和質量控制是一個巨大阻力。
再者說,就算你花了大價錢(昨晚TEM和拉曼光譜便宜的也得4-5K)判斷出來我這東西里有石墨烯,那具體加了多少呢?這個量又很難確定,原因就是C元素組成的材料太多了。就算你又花了大價錢確定了添加石墨烯的含量,那麼添加的石墨烯品質如何呢?需要判斷層數、晶格缺陷。看到這裡估計觀眾要瘋,那這玩意到底能起到啥作用,只要好用就行了,我管他加的什麼東西呢?也對,那我們接著來分析。
從目前中國製備石墨烯的方式來看95%都是氧化還原法製備的,剛才說了石墨烯要有很好的晶格結構才會有傳說中的導熱導電性。本來石墨中挺好的晶體結構,被強酸等強氧化物氧化以後,再用水合肼等還原劑還原(石墨氧化以後才能插層分離,這一步是目前大規模生產的唯一希望)。結構鐵定要被破壞而且引入了氮氧基團。到這裡性能就打了折扣,然後你再把性能打折的石墨烯加入到其他的產品中(塗料、纖維等)那麼最終產品因為石墨烯而獲得的性能提升幅度一定很小。而這一點點性能的改善,可能趕不上加入一些特殊功能的助劑或者多做做廣告炒炒概念來的實在(從對銷售額的促進上講)。
而且就算你用了很好的單層石墨烯,有一些領域並不適合石墨烯的應用,就拿纖維來說。纖維大部分都是高分子結構,分子之間要交聯成網路才能有較好的力學性能,加入石墨烯以後,石墨烯薄膜面就會組織面內外兩部分分子的接觸,而石墨烯表面和各種材料的界面問題又是個很難解決的問題。因此,有些高分子纖維的紡絲液中,加入不到0.3%的石墨烯,出來的產品就會變的很脆。
在這裡我們同樣也不需要太悲觀,華為M20手機上就應用了石墨烯散熱技術,這是中國石墨烯產業從研發走嚮應用的一個里程碑事件。這個石墨烯散熱膜也是氧化還原的方式製備的,但是後期再使用一種高溫高壓的處理方式就能恢復石墨烯的原本六圓環結構(模擬石墨在地質環境中的產生條件)。但這只是一個個例,目前能做到滿足華為散熱要求的石墨烯導熱膜供應商全國只有一家。
以上存在於目前中國石墨烯產業的整個下游應用端,短期來看,指望石墨烯徹底的改變我們的生活還是不可能的。目前市場上充斥的各種石墨烯概念,都只是概念,真正能用石墨烯的性能說事的企業和產品很少。但長期來看,石墨烯一定是未來科技的制高點。這個時間具體需要多長,就要看我們的科技工作者有多麼努力去解決這一系列的問題,等到分散、石墨烯層數、晶格缺陷、產量、這些問題真的得到很好的解決那一天,石墨烯將會改變我們生活的方方面面。任重而道遠,長路漫漫,唯有堅持不懈!
推薦閱讀: