中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：這種世界上最薄的物質(zhì)，比鋼鐵還要強(qiáng)韌100多倍
如果把厚度相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑十萬分之一的石墨烯，疊成保鮮膜那樣厚，需要一頭大象站在一支鉛筆上所產(chǎn)生的壓強(qiáng)，才能刺破它。
這種目前已知最薄、最硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱最好的材料，被發(fā)現(xiàn)短短十年來，已成為各國(guó)科學(xué)界炙手可熱的新材料。目前中國(guó)沿海多地，都雄心勃勃地籌備著自己的石墨烯產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。
作為中國(guó)在該領(lǐng)域的最權(quán)威研究者之一，中國(guó)科學(xué)院院士、北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授劉忠范，就中國(guó)的石墨烯研究進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)情況接受了《瞭望東方周刊》專訪。
他認(rèn)為，雖然石墨烯還處于基礎(chǔ)研究階段，但的確可能在能源、環(huán)境、航天、軍事等關(guān)鍵領(lǐng)域有廣闊發(fā)展空間，而作為碳材料研究大國(guó)的中國(guó)，石墨烯研究已走在了世界前列。
不過，劉忠范表示，目前對(duì)石墨烯前景的認(rèn)識(shí)尚不明朗。
紙一樣輕薄的防彈衣
《瞭望東方周刊》：石墨烯到底是什么？
劉忠范：石墨烯是人類發(fā)現(xiàn)的首個(gè)二維原子晶體。首先它是世界上最薄的物質(zhì)之一，僅相當(dāng)于人頭發(fā)絲直徑的十萬分之一。即使如此，石墨烯卻是世界上最堅(jiān)固的物質(zhì)，比鋼鐵還要強(qiáng)韌100多倍。
從其他方面講，石墨烯的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性也非常良好。可以說它的出現(xiàn)刷新了人類對(duì)于物質(zhì)世界和微觀世界的認(rèn)識(shí)，也為科研工作者開辟了一片嶄新的廣闊天地。
所以在石墨烯被發(fā)現(xiàn)短短六年之后，也就是2010年，它的發(fā)現(xiàn)者就獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這在諾貝爾獎(jiǎng)歷史上也是不多見的。
《瞭望東方周刊》：石墨烯具體可以用來做什么？
劉忠范：作為一種新興的納米材料，石墨烯的應(yīng)用前景并不十分明朗。目前關(guān)于石墨烯的研究絕大部分仍處于實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)研究階段，但某些應(yīng)用已經(jīng)初現(xiàn)端倪，比如距離出現(xiàn)在我們?nèi)粘Ｋ玫碾娮釉O(shè)備中的日子不遠(yuǎn)了。
現(xiàn)在柔性電子產(chǎn)品、可穿戴設(shè)備等概念非常流行，但手機(jī)、iPad脆弱的屏幕是短板。石墨烯擁有很好的柔韌性，可以任意彎折而不破壞性能。石墨烯還可以用作柔性電池的電極。如果這種設(shè)想實(shí)現(xiàn)了，那么我們的手機(jī)就薄如紙片，有iPad那么大的屏幕，不用的時(shí)候又可以折疊裝進(jìn)口袋。穿戴設(shè)備的弧度也可以隨意調(diào)整，使它完全貼合身體。
另一方面，石墨烯具有非常高的化學(xué)惰性，因此可以用作某些軍工材料或設(shè)備的涂層，使它們耐腐蝕。石墨烯密度極小，又無比堅(jiān)固，可以大大減輕材料重量，同時(shí)又獲得極高的機(jī)械強(qiáng)度。例如可制成像紙一樣輕薄的防彈衣。
如果石墨烯用在航空航天設(shè)備中，可大大減少負(fù)荷。將石墨烯作為金屬材料的添加劑，例如烯合金，會(huì)大大提高合金材料的屈服和抗拉強(qiáng)度，在航天領(lǐng)域潛在應(yīng)用價(jià)值極大。
石墨烯還可以吸收微波波段的輻射，這能用于制造隱形飛機(jī)。美國(guó)NASA正在研制石墨烯的微型傳感器，并計(jì)劃用于航天過程中對(duì)氧氣含量的精確監(jiān)測(cè)。
總之，希望也相信科學(xué)家們無窮的創(chuàng)造力，將會(huì)使這些慢慢變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
正從基礎(chǔ)研究向產(chǎn)業(yè)化過渡
《瞭望東方周刊》：你對(duì)石墨烯大規(guī)模產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的時(shí)間有何估計(jì)？
劉忠范：至少需要5~10年。盡管未來幾年內(nèi)可能會(huì)有一些石墨烯的相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)入大眾的視野，但距離大規(guī)模應(yīng)用仍有一段路要走。
我們欣喜于石墨烯正從基礎(chǔ)研究向產(chǎn)業(yè)化過渡。比如常州、無錫等地，投資組建了我國(guó)第一個(gè)關(guān)于石墨烯研究與產(chǎn)業(yè)孵化機(jī)構(gòu)，發(fā)布了《無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》。
如果問石墨烯可能在哪個(gè)行業(yè)最早實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化？較有希望的可能是觸摸屏、柔性電子器件等領(lǐng)域。這要綜合考慮相關(guān)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)難度、制造成本、市場(chǎng)需求、現(xiàn)有技術(shù)的成熟度和不足等諸多因素。
另外，如果體相石墨烯的制造成本可降至足夠低，并且石墨烯質(zhì)量能再提高的話，添加石墨烯力學(xué)增強(qiáng)的復(fù)合材料有望很快進(jìn)入市場(chǎng)。
產(chǎn)業(yè)化是一個(gè)復(fù)雜的問題，牽涉多個(gè)層面，當(dāng)然最為核心的仍是產(chǎn)品質(zhì)量與成本。從質(zhì)量上看，例如對(duì)于大面積石墨烯薄膜的應(yīng)用來說，石墨烯的導(dǎo)電性、轉(zhuǎn)移過程中的破損與污染等因素，都制約了其應(yīng)用。
對(duì)石墨烯粉體材料來說，石墨烯片層的尺寸、結(jié)晶性等有待提高。在成本上，這兩種原料的價(jià)格目前都偏高。近年來，雖然制造成本下降了一些，但成本仍有壓縮空間，這取決于能否開發(fā)出更為經(jīng)濟(jì)、高效的石墨烯制備方法。
市場(chǎng)“虛火太旺”
《瞭望東方周刊》：當(dāng)前我國(guó)對(duì)石墨烯的研究現(xiàn)狀如何？
劉忠范：中國(guó)一直是碳材料研究大國(guó)。過去十年，我們對(duì)石墨烯的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究都已經(jīng)躋身世界前列，近年來在石墨烯領(lǐng)域發(fā)表論文和申請(qǐng)專利數(shù)量上都處于世界第一。
我們?cè)谌肆?、物力方面都具有極大的優(yōu)勢(shì)。其次，我們國(guó)家介入石墨烯研究領(lǐng)域的時(shí)間較早。但也必須看到，目前我們的研究還主要是追隨國(guó)外高水平研究機(jī)構(gòu)的步伐，真正原創(chuàng)性、突破性的進(jìn)展較少。論文總數(shù)雖然世界第一，但引用數(shù)量上仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國(guó)。
《瞭望東方周刊》：有人說，目前石墨烯的市場(chǎng)表現(xiàn)“虛火太旺”，造成了市場(chǎng)虛假繁榮，你如何看？
劉忠范：目前看來確實(shí)是有這樣的現(xiàn)象。主要是現(xiàn)在對(duì)于石墨烯前景的認(rèn)識(shí)不夠明朗，石墨烯產(chǎn)品還是以概念性的為主，短時(shí)間內(nèi)又有大量資金注入所致。
一種革命性的新材料進(jìn)入市場(chǎng)，都會(huì)或多或少面臨這樣的問題。但長(zhǎng)遠(yuǎn)看，各方性能極為優(yōu)異的石墨烯，未來大有可為毋庸置疑。相信隨著與石墨烯相關(guān)知識(shí)的普及，市場(chǎng)認(rèn)知將更為客觀，石墨烯市場(chǎng)將迎來良性發(fā)展的新階段。
《瞭望東方周刊》：對(duì)于加速石墨烯科研及產(chǎn)業(yè)化，你有什么建議？
劉忠范：首先，科研院所要將研究目標(biāo)定為做出原創(chuàng)性的工作，而不是盲目跟風(fēng)，人云亦云，更不能急功近利，重量不重質(zhì)。
其次，中央和地方政府對(duì)于石墨烯的研究和產(chǎn)業(yè)化給予更多引導(dǎo)和扶持，對(duì)石墨烯產(chǎn)業(yè)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，優(yōu)化石墨烯產(chǎn)業(yè)布局，避免產(chǎn)能過剩，打造石墨烯生產(chǎn)和應(yīng)用的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，加大高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品的比重，維持產(chǎn)業(yè)的健康有序發(fā)展。
第三，科學(xué)是無國(guó)界的，但科學(xué)家是有祖國(guó)的。一方面加強(qiáng)不同地區(qū)、不同國(guó)家間交流，另一方面要注重發(fā)展擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和技術(shù)。這樣有利于自力更生，不過度依賴國(guó)外的產(chǎn)品和技術(shù)。
