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devel0431388
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[交流]
石墨烯時代來了？洗洗睡吧！ 已有14人參與
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轉(zhuǎn)載自：http://www.cailiaoren.com/article-2121-1.html 近日，華為總裁任正非在深圳接受中國媒體的采訪時表示：“我認(rèn)為這個時代將來最大的顛覆，是石墨烯時代顛覆硅時代”。再加上此前，國內(nèi)媒體報道，國內(nèi)石墨（石墨烯的原料被看做是石墨，其實(shí)工業(yè)生產(chǎn)中并非如此）有可能會在20年內(nèi)采集殆盡。這一文一言，讓原本就一直熱炒不退的石墨烯概念再度爆發(fā)。那么，石墨烯時代是不是真的？或者說石墨烯時代已經(jīng)來了？未必！ 石墨烯，一種碳原子組成的單層片狀結(jié)構(gòu)的材料，自2004年英國物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)之后，開始占據(jù)全球科學(xué)熱點(diǎn)，至今仍未有退燒的跡象（有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，去年全球發(fā)表石墨烯的論文達(dá)到了1萬篇）。據(jù)研究，石墨烯的性能極為優(yōu)異，諸如最堅硬的納米材料，電阻率極低，導(dǎo)熱系數(shù)驚人……由此，科學(xué)家們戲稱之為“材料之王”，為它描繪了美好的未來：超級電容器、透明電極、鋰離子電池、傳感器、功能涂料…… 那么，這個“材料之王”，容易制備嗎？ 看起來不難。當(dāng)年英國兩位科學(xué)家是用機(jī)械剝離法，也就是把石墨兩面粘上膠帶，然后揭開，如此反復(fù)，得到了單層的碳原子結(jié)構(gòu)的石墨烯。 方法很簡單，需要的工具也很簡單。問題在于成功率很低，需要剝離數(shù)百次，如果有一次用力過大，就會破壞樣品。材料科研工作就是這樣，做出一個好樣品，得到好數(shù)據(jù)，然后發(fā)文章。但是這個好樣品背后，卻是數(shù)以百計、千計的壞樣品，甚至能不能穩(wěn)定的得到好樣品，都是個問題。 不管怎樣，這種方法實(shí)在是不適合工業(yè)生產(chǎn)。工業(yè)生產(chǎn)中主要使用化學(xué)氣相沉積、化學(xué)氧化還原法……方法很多，但是迄今也沒有找到能夠大規(guī)模制備的方法。 而且，目前所使用的工藝經(jīng)常使得碳原子破裂或撕裂，無法與實(shí)驗室中完美比例的石墨烯相媲美。如果石墨烯存在缺陷的話，性能將會大大削減。例如完美的石墨烯在斷裂前能夠經(jīng)受100吉帕的壓力，大約相當(dāng)于1000000倍的大氣壓。但有缺陷的石墨烯的斷裂強(qiáng)度大約只有前者的十萬分之一，性能相對就很普通了。 所以，制備真正具有優(yōu)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產(chǎn)品又是怎么來的？ 這涉及一個“大石墨烯”概念。“大石墨烯”可分為：石墨烯微片（Graphite）、氧化石墨烯（Graphene Oxide）、石墨烯（Graphene）。實(shí)際上，世界上承認(rèn)的，獲得諾貝爾獎的，是石墨烯。市面上所宣揚(yáng)生產(chǎn)“石墨烯”的廠家，基本上在混淆這個概念，生產(chǎn)的都不是真正意義上的石墨烯。 歐盟前段時間啟動了”石墨烯“旗艦項目，該項目時長10年，總投入為10億歐元，成為了全球最大的材料科學(xué)研究項目。設(shè)想一下，如果以國內(nèi)作坊式的工廠制備出了大規(guī)模的墨烯，歐洲人豈不得撞墻？ 還有，”材料之王“真的能顛覆嗎？ 這也未必。 首先，我們并不需要“材料之王”。我們只需要在保證性能的前提下，成本最低的材料。每一種材料，都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，有自己的適用范圍。換句話說，合適的地方，使用合適的材料。工業(yè)應(yīng)用中，到處都是這樣的例子。 鈦合金強(qiáng)度高密度小，機(jī)械性能好，韌性和抗腐蝕性能很好。那么，是不是鋼鐵材料的結(jié)構(gòu)材料老大的地位會被鈦合金取代呢？顯然不會。一款鋼架結(jié)構(gòu)的自行車價格大約300元。而一款鈦合金結(jié)構(gòu)的自行車一般在4萬。誰的銷量更多，結(jié)果不言而喻。所以，鈦合金被用在在需要考慮其性能的環(huán)境下，例如航天、航空、航海等領(lǐng)域。例如飛機(jī)每減重10%，燃油減少消耗4%。這時候，在部分地方使用鈦合金減輕重量，無疑是更劃算的。 材料人網(wǎng)前段時間發(fā)表的汽車輕量化材料文章中有介紹，使用全碳纖維車身和底盤的汽車，售價400萬人民幣。它注定只能成為富豪的玩物，而不會開進(jìn)尋常百姓家。未來，主流汽車將仍然是以鋼鐵材料為主。 如果從性能和成本上來說，每種材料自有其價值和應(yīng)用范圍，不存在誰顛覆誰。我們常說硅時代取代鐵器時代，但用來做刀劍、工具的仍然是鋼不是硅。硅只是在一個全新的電子器件領(lǐng)域獲得了巨大的成功。所以，即使將來石墨烯發(fā)揮了巨大的作用，恐怕也是在一個全新的，其他材料不可替代的領(lǐng)域發(fā)揮作用，而不是用來替代現(xiàn)有領(lǐng)域的其他材料。何況，石墨烯顛覆硅有著先天性的缺陷。數(shù)字電路的核心是要求要求是能夠開關(guān)切換。半導(dǎo)體材料具有帶隙，能夠?qū)崿F(xiàn)電路的開關(guān)。而石墨烯不具備這種性能。 當(dāng)然，石墨烯的”優(yōu)良性能“最終能不能化為器件，在某一領(lǐng)域改變?nèi)祟惿�，也是一個未知數(shù)。 數(shù)十年前，碳六十被發(fā)現(xiàn)時，也獲得了像今天石墨烯這般追捧，被寄予了可以改變?nèi)祟惿畹摹鄙衿鳌�。不但發(fā)現(xiàn)者于1996年獲得諾貝爾化學(xué)獎，而且”21世紀(jì)是碳的時代“這種說法也始于此。然而，距碳六十被授予諾貝爾化學(xué)獎已經(jīng)近二十年，至今仍看不多它”改變?nèi)祟惿睢暗拿珙^，反而逐漸淡出人們的視線。碳家族中被追捧過的還有碳納米管。因其柔韌性，可以拉伸并還原，碳納米管被稱作超級纖維，從問世至今也有20多年了，同樣歸于平靜。 而石墨烯，會不會步它的前輩的后塵，或者被另外一種材料所”顛覆“，同樣猶未可知！ |
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