「秒充」時代離我們還有多遠？走近21世紀「神奇材料」石墨烯

手機充電僅需幾秒？手機螢幕能折疊彎曲？……這些或許都將因為有「21世紀神奇材料」之稱的石墨烯面世而成為可能。

當今，全球經濟增長乏力，各國都在謀求新一輪的科技和產業升級突破。中國大陸是石墨資源大國，也是石墨烯研究和應用開發最活躍的國家之一，大陸科學家和產業人士正將目光聚焦在它身上。

石墨烯到底有多神奇？會否給生產生活領域帶來「顛覆性」變化？今天，讓我們走近石墨烯一探究竟。

石墨烯（Graphene）（取自網路）

石墨烯：神奇的「新材料之王」

石墨烯的發現者之一、2010年諾貝爾物理學獎得主安德列·海姆這樣描述：「石墨烯對很多人來說就像愛麗絲仙境一樣，非常神奇」。

這種神奇物質，到底是什麼？

石墨烯，實際就是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。鉛筆芯用的石墨就相當於無數層石墨烯疊在一起。

「它是迄今為止自然界最薄、強度最高的材料，可以被無限拉伸，彎曲到很大角度不斷裂，還可以抵抗很高的壓力。」日前應邀來華參會的安德列·海姆說，石墨烯還有著非同尋常的導熱性和導電性。

「石墨烯導電率高，化學結構又十分穩定，是一種用於移動電池、電源很理想的電極材料。」中國科學院院士、中國科學院金屬研究所研究員成會明表示，石墨烯可以和電子元件、電子設備進一步相結合使用，以此增強其他儲電設備的儲電率。

石墨烯另一個奇特之處在於「零滲透」－－所有氣體、液體都無法滲透。這也使得石墨烯產品有了「針插不進、水潑不進」的本事。

「給船體塗上石墨烯塗層，海水中重金屬離子等就無法穿透這層薄膜去腐蝕船體。」青島賽瑞達電子裝備股份有限公司董事長宋立祿接受記者採訪時說。

習近平參觀曼徹斯特大學國家石墨烯研究院（新華社）.jpg

讓人感到驚奇的還遠不止這些。石墨烯具有超強吸附性，科學家正在研究用它做過濾裝置，用於海水淡化、汙水處理等領域；它又幾乎是完全透明的，具有非常好的透光性，適合作為透明電子產品原料。

在當前新一輪產業升級和科技革命大背景下，以石墨烯為代表的新材料產業有望成為未來高新產業發展的先導。令人振奮的是，剛剛公佈的「十三五」規劃建議已明確提出將加快突破新材料等領域的核心技術。

石墨烯正從實驗室走近人們生活

「新材料未來需求巨大。比如納米型新材料石墨烯的應用，在危險化學品類火災中不能用水去滅，但如果用石墨烯薄膜打過去就可以了。而使用石墨烯材料，手機未來可能薄到跟酒店房卡差不多。」清華大學經濟管理學院教授魏傑在解讀「十三五」規劃建議提到新材料產業時說。

日前在青島舉辦的2015中國國際石墨烯創新大會上，石墨烯理療、保暖產品、ＬＥＤ用高導熱石墨烯複合材料、石墨烯防彈材料、石墨烯電熱服裝等20餘種石墨烯產品已經全新推出。

「利用石墨烯特性，研發新型防彈衣，防彈插板只需17毫米就能達到甚至超過傳統產品的防彈效果，重量還可減輕20%。」青島華高墨烯科技有限公司董事長施建新說，目前這款防彈衣已與3家使用單位簽約。

一直以來，智慧手機的續航能力始終是最大短板。宋立祿告訴記者，他們研發的石墨烯新型鋰電子電池，充電時間大大縮短，手機幾分鐘就能完成充電。

不久前，華為宣佈與英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究院合作，研究如何將石墨烯領域的突破性成果應用於消費電子產品和移動通信設備。可以預想，手機將繼功能機向智慧機變革之後，再發生新「革命」——石墨烯的特性未來將使顯示幕超薄、超輕，實現可捲曲的柔性顯示。

目前，被業界譽為「東方碳穀」之稱的江蘇常州，已擁有石墨烯產業技術研發和企業孵化的服務平臺；中科院重慶綠色智慧技術研究院也成功製備出15英寸單層石墨烯手機顯示幕；高鐵內飾材料中已開始使用石墨烯……石墨烯技術正在悄然影響著生產生活等領域。

石墨烯時代真正到來還需時日

工業與資訊化部原材料工業司司長周長益說，當前我國經濟處於新舊動能轉換的接合期，原材料工業也到了轉型發展的關鍵時期。

「近年來結構材料、石墨烯等前沿新材料均實現了快速增長。這些材料目前總量較小，但其發展加快了原材料工業關鍵材料轉型升級的步伐。」他說。

據統計，大陸石墨礦儲量占到世界總儲量的75%，生產量約占世界總產量70%，具備發展石墨烯產業的資源基礎。截至目前，大陸石墨烯企業已超過百家，並在常州、無錫、青島、深圳等地形成產業集群。

不過，也有不少科研人員指出，石墨烯作為一種新材料，要真正走向市場，過程「前景光明，道路曲折」。

首要困難是受限於材料生產。中科院院士、北京大學教授劉忠范說，要實現石墨烯商業化，需要生產出低成本、高品質的石墨烯成品。「但制出這種石墨烯並非易事。技術層面上還有很多挑戰，批量化或大尺寸生產都還沒能克服。」

中國科學院山西煤炭化學研究所副研究員、石墨烯課題組長陳成猛指出，我國石墨烯產業發展目前還存在生產成本高、產品品質待提升、上下游互動不夠等問題。

記者採訪中也發現，儘管目前大陸石墨烯市場火熱但魚龍混雜，有的企業甚至直接將石墨當作石墨烯來宣傳、銷售。

「目前石墨烯行業缺乏國家標準、行業標準和企業標準。對石墨烯的品質、製備工藝、檢測設備和方法等，都沒有科學統一的說法。」施建新說。

專家認為，石墨烯產業必須要避免當年納米技術那樣一哄而上的局面，需要整個資源進行創新佈局，形成聚合效應。

「產業發展有其自身規律，目前石墨烯產業還處於初級應用階段，還在量變過程中，大家應該保有耐心，培育、呵護這種新興產業健康、可持續發展。」青島高新區節能技術與新材料事業部部長張志強說。