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石墨烯:将引發一場技術革命?

随着習近平主席此次訪英行程公布,“石墨烯”這一新鮮名詞進入人們視野,因為習主席将參觀曼徹斯特大學石墨烯研究中心。2004年,石墨烯在曼大被發現。

華為總裁任正非之前在接受媒體采訪時也稱,未來10至20年内将爆發一場技術革命,即“石墨烯時代颠覆矽時代”。在此次習主席訪英期間,華為也将與曼徹斯特大學石墨烯研究中心簽署合作協議。

石墨烯到底是什麼?

鉛筆芯藏“世界最硬”

能想象麼,普通鉛筆裡就藏着石墨烯?沒錯,科學家告訴我們,石墨烯是一種由單層碳原子構成的材料。換句話說,鉛筆芯用的石墨就相當于無數層石墨烯疊在了一起,隻要能把鉛筆芯分離得夠薄,就能得到石墨烯。

從化學成分看,石墨烯與鑽石一樣,本質都是碳。但由于石墨烯的單層碳原子之間相互連接成穩定的六角網格,所以這種極薄的材料既柔韌又堅固:可以彎曲到很大角度而不斷裂,并抵抗很高的壓力,從而被稱為“全世界最硬”的材料。

美國機械工程師傑弗雷·基薩教授曾用一種形象的方法解釋石墨烯的強度:如果将一張和食品保鮮膜一樣薄的石墨烯薄片覆蓋在一隻杯子上,然後試圖用一支鉛筆戳穿它,那麼需要一頭大象站在鉛筆上才能辦到。

石墨烯隻有一層碳原子,非常非常薄,這就使得它在可見光下呈透明但又不透氣的狀态。加上一層原子的結構構成使得電子運動被限制在同一平面,這讓石墨烯具備了全新的電學屬性。

巨頭争搶石墨烯應用

這就能解釋為什麼任正非早早就看中了石墨烯産業。任正非曾公開表示過:“現在芯片有極限寬度,矽的極限是七納米,已臨近邊界了,石墨烯是技術革命前沿”。試想,如果華為的手機用上了含有石墨烯的觸摸屏、芯片、充電器,不僅能運行更靈敏,重量和設計也能更輕更薄。

當然,華為絕非第一家對石墨烯虎視眈眈的巨頭。三星和蘋果也早早在石墨烯領域展開競争,希望盡早推出使用石墨烯材質的産品。

與此同時,其他領域的巨頭也在争相拓展石墨烯的應用空間。10月9日,中國中車株機公司宣布,自主研制的新一代大功率石墨烯超級電容問世。據悉,全新的超級電容利用石墨烯的特質,功率提升了3倍,電能運用效率更高。

業界認為,根據石墨烯的特性,電子紙、觸摸屏、燃料電池、飛機機翼、淨水科技等衆多領域都有應用前景。

量産前景尚不明朗

石墨烯聽起來很厲害,但也有一個大難題:怎樣把實驗室裡的科研成果,變成具體産品。

中國石墨烯産業聯盟秘書長李義春曾公開表示,目前國内外推出的各式石墨烯産品主要是将其作為添加劑使用,但這些産品尚未展現出石墨烯最優異的性能。而從石墨烯的應用看,要避免多年前納米技術那樣一哄而上的局面,需要整合資源進行創新布局,形成聚合效應。他認為,歐洲對石墨烯的基礎研究經驗豐富,但我國在創新應用占有先機,所以需要優勢互補。

因石墨烯而獲得諾貝爾獎的康斯坦丁·諾沃肖洛夫和他的同事也在《自然》上發表文章讨論石墨烯的未來,認為石墨烯作為一種材料,“前途是光明的、道路是曲折的”。最重要的困難在于受限于材料生産。他指出,那些使用譬如氧化石墨烯納米顆粒等低級廉價的石墨烯産品會最先面世,但那些依賴于高純度石墨烯産品可能還要數十年才能開發出來。

還有科學家指出,所有材料都有其适用範圍:鋼堅硬而沉重,木頭輕便但易腐,就算看似“萬能”的塑料也有自身的局限。正因為此,即便石墨烯作為新材料能發揮巨大的作用,但也沒有理由認為它就是一種能夠改變世界的奇迹材料。

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