石墨烯时代来了？洗洗睡吧！
发布时间：2014-7-1 14:33
发布者：eechina
关键词：
石墨烯
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来源：材料人网 近日，华为总裁任正非在深圳接受中国媒体的采访时表示：“我认为这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代颠覆硅时代”。再加上此前，国内媒体报道，国内石墨（石墨烯的原料被看做是石墨，其实工业生产中并非如此）有可能会在20年内采集殆尽。这一文一言，让原本就一直热炒不退的石墨烯概念再度爆发。那么，石墨烯时代是不是真的？或者说石墨烯时代已经来了？未必！ 石墨烯，一种碳原子组成的单层片状结构的材料，自2004年英国物理学家发现之后，开始占据全球科学热点，至今仍未有退烧的迹象（有数据统计，去年全球发表石墨烯的论文达到了1万篇）。据研究，石墨烯的性能极为优异，诸如最坚硬的纳米材料，电阻率极低，导热系数惊人……由此，科学家们戏称之为“材料之王”，为它描绘了美好的未来：超级电容器、透明电极、锂离子电池、传感器、功能涂料…… 那么，这个“材料之王”，容易制备吗？ 看起来不难。当年英国两位科学家是用机械剥离法，也就是把石墨两面粘上胶带，然后揭开，如此反复，得到了单层的碳原子结构的石墨烯。 方法很简单，需要的工具也很简单。问题在于成功率很低，需要剥离数百次，如果有一次用力过大，就会破坏样品。材料科研工作就是这样，做出一个好样品，得到好数据，然后发文章。但是这个好样品背后，却是数以百计、千计的坏样品，甚至能不能稳定的得到好样品，都是个问题。 不管怎样，这种方法实在是不适合工业生产。工业生产中主要使用化学气相沉积、化学氧化还原法……方法很多，但是迄今也没有找到能够大规模制备的方法。 而且，目前所使用的工艺经常使得碳原子破裂或撕裂，无法与实验室中完美比例的石墨烯相媲美。如果石墨烯存在缺陷的话，性能将会大大削减。例如完美的石墨烯在断裂前能够经受100吉帕的压力，大约相当于1000000倍的大气压。但有缺陷的石墨烯的断裂强度大约只有前者的十万分之一，性能相对就很普通了。 所以，制备真正具有优良性能的石墨烯，并不是件容易的事。 那市面上所充斥的石墨烯产品又是怎么来的？ 这涉及一个“大石墨烯”概念。“大石墨烯”可分为：石墨烯微片（Graphite）、氧化石墨烯（Graphene Oxide）、石墨烯（Graphene）。实际上，世界上承认的，获得诺贝尔奖的，是石墨烯。市面上所宣扬生产“石墨烯”的厂家，基本上在混淆这个概念，生产的都不是真正意义上的石墨烯。 欧盟前段时间启动了”石墨烯“旗舰项目，该项目时长10年，总投入为10亿欧元，成为了全球最大的材料科学研究项目。设想一下，如果以国内作坊式的工厂制备出了大规模的墨烯，欧洲人岂不得撞墙？ 还有，”材料之王“真的能颠覆吗？ 这也未必。 首先，我们并不需要“材料之王”。我们只需要在保证性能的前提下，成本最低的材料。每一种材料，都有自己的优缺点，有自己的适用范围。换句话说，合适的地方，使用合适的材料。工业应用中，到处都是这样的例子。 钛合金强度高密度小，机械性能好，韧性和抗腐蚀性能很好。那么，是不是钢铁材料的结构材料老大的地位会被钛合金取代呢？显然不会。一款钢架结构的自行车价格大约300元。而一款钛合金结构的自行车一般在4万。谁的销量更多，结果不言而喻。所以，钛合金被用在在需要考虑其性能的环境下，例如航天、航空、航海等领域。例如飞机每减重10%，燃油减少消耗4%。这时候，在部分地方使用钛合金减轻重量，无疑是更划算的。 材料人网前段时间发表的汽车轻量化材料文章中有介绍，使用全碳纤维车身和底盘的汽车，售价400万人民币。它注定只能成为富豪的玩物，而不会开进寻常百姓家。未来，主流汽车将仍然是以钢铁材料为主。 如果从性能和成本上来说，每种材料自有其价值和应用范围，不存在谁颠覆谁。我们常说硅时代取代铁器时代，但用来做刀剑、工具的仍然是钢不是硅。硅只是在一个全新的电子器件领域获得了巨大的成功。所以，即使将来石墨烯发挥了巨大的作用，恐怕也是在一个全新的，其他材料不可替代的领域发挥作用，而不是用来替代现有领域的其他材料。何况，石墨烯颠覆硅有着先天性的缺陷。数字电路的核心是要求要求是能够开关切换。半导体材料具有带隙，能够实现电路的开关。而石墨烯不具备这种性能。 当然，石墨烯的”优良性能“最终能不能化为器件，在某一领域改变人类生活，也是一个未知数。 数十年前，碳六十被发现时，也获得了像今天石墨烯这般追捧，被寄予了可以改变人类生活的”神器“。不但发现者于1996年获得诺贝尔化学奖，而且”21世纪是碳的时代“这种说法也始于此。然而，距碳六十被授予诺贝尔化学奖已经近二十年，至今仍看不多它”改变人类生活“的苗头，反而逐渐淡出人们的视线。碳家族中被追捧过的还有碳纳米管。因其柔韧性，可以拉伸并还原，碳纳米管被称作超级纤维，从问世至今也有20多年了，同样归于平静。 而石墨烯，会不会步它的前辈的后尘，或者被另外一种材料所”颠覆“，同样犹未可知！ |
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