石墨烯热：“热”正在今日，更要存眷将来

作为现在天下上已知最薄、最强、导电导热性能最高的一种新型纳米质料，石墨烯的进展远景被浩繁科学家所看好，石墨烯也是以被称为“黑金”。正如诺贝尔物理学奖得主弗兰克·维尔泽克所说，石墨烯大概是唯逐一个从量子理论到应用的实例。

石墨烯是怎样被发觉的？应用远景怎样？从研究到应用，我们还要越过哪些停滞？

1、发觉石墨烯：颠覆了物理学界传统头脑定式

我们每每谈及的“石墨烯”，本相是什么？

“石墨跟石墨烯只有一字之差，现实上，严厉意义上的石墨烯便是单层石墨片。把单层石墨片垒起来，垒到充足厚就可以得到石墨。而把石墨一层一层地剥下来，剥出的单层便是石墨烯。”依据北京大学化学与分子工程学院传授彭海琳的形貌，石墨烯便是一种纯碳质料，百分之百的碳质料，是具有代表性的二维质料，其形状体现为碳原子组成的蜂窝状、六角形布局的二维平面。

石墨烯曾一度被以为是一种假设性布局，无法单独稳健存在。北京理工大学化学与化工学院格外研究员赵扬先容，转变产生在2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫等人初次乐成使用微机器剥离法从石墨中分散得到石墨烯，颠覆了物理学界“二维原子晶体不行能在有限温度下稳健存在”的传统头脑定式，两人也因“二维石墨烯质料的开创性试验”而得到2010年诺贝尔物理学奖。

“固然此次发觉意义特殊，但其采纳的制备要领却很简洁——使用透亮胶带黏住高定向热解石墨，把有黏性的一壁半数，再把胶带撕开，石墨薄片就会被一分为二。”彭海琳报告记者，不停重复这个解离历程，石墨片就会越来越薄，终极得到只有一层碳原子厚度的二维晶体质料石墨烯。固然，如今制备石墨烯的要领更多了——颠末数年进展，科研职员发觉了更多制备石墨烯的要领，这种新质料由此进入产业化生产范畴。

2、探究石墨烯：很大水平转变人类生存

石墨烯，能用来干什么？

“石墨烯是现在天下上已知的最薄、最坚固、导电性最好的纳米质料，险些完全透亮，具有很大的应用远景，可以应用到储能、医疗、电子等各个范畴。”赵扬举例说，石墨烯因为其高导电性、精良的电容性能和散热性能等，被遍及应用于电容器、电池的电极质料中。其高导电性还尤其得当于高频电路，是以石墨烯有望成为硅的替换品，进而提拔将来盘算机的运行速率，淘汰能耗。

南开大学物理科学学院传授蔡卫增补说，石墨烯能替换活性炭等，进步储能器件的容量与服从。“石墨烯复合质料有望代替传统的碳纤维，用于制造越发轻型的飞机和航天器等。详细到光学范畴，石墨烯现在的应用偏向包罗柔性透亮电极、光伏器件、光源、光探测器、超快激光器、光频转换器及太赫兹器件等。”

“更值得一提的是，石墨烯可以用来做柔性触摸屏、触控屏。现在，市场上普通是用ITO（氧化铟锡）玻璃做触摸屏，ITO玻璃比力脆，不克不及来回弯折。而石墨烯的柔性特质则决定其可以来回掰。”彭海琳说。

蔡卫表现，石墨烯的遍及应用将很大水平上转变我们现在的生存，提供一个信息相同更通畅、生存越发方便及越发环保的生存情况。

3、研究石墨烯：不克不及囿于低端应用，要存眷将来焦点技能

“现在，我们对石墨烯的研究重要会合在三个方面：一是石墨烯及其复合质料的制备与其性能研究；二是基于石墨烯的底子物理研究，如量子物理、极化激元物理等；三是石墨烯光电子器件及其应用等。”蔡卫先容，现在，石墨烯研究渐渐走出试验室，如2020年5月，华为公布的国内首款5G平板华为MatePadPro5G搭载了超厚3D石墨烯散热技能，总厚度到达400微米。

但从研究到应用，石墨烯还要越过诸多停滞。

赵扬说，“现阶段，若想将石墨烯直策应用到现实还存在一些困难，重要缘故原由在于石墨烯的生产工艺还不太成熟，导致石墨烯代价较高、质量差、产量少。固然许多公司的财产化正在紧锣密鼓举行，部门石墨烯产物也已推向市场，但石墨烯还无法餍足高质量生产和大批量应用的需求。”

彭海琳从国内现实情形动身，给记者枚举了一系列数字——据统计，从2011年起，我国关于石墨烯的文章数目已经位居天下第一，靠近六万篇，远远凌驾第二名美国的两万多篇；我国申请的石墨烯专利占了环球的54%以上，也是遥遥领先。现在，我国涉及石墨烯营业的公司已超5000家，而且出现敏捷增添之势。

但数字背后也隐蔽着危急。“我国石墨烯研究与外洋不完全在一个频道上。”彭海琳坦陈，“我们更存眷顿时能赚到钱的商品。我们有七百多家石墨烯涂料企业，另有浩繁的石墨烯电热器和大康健企业，以及越来越多的石墨烯亵服、石墨烯袜子、石墨烯护腰、石墨烯口罩等。反观外洋，他们更多存眷的是将来，是石墨烯焦点技能和高峻上的产物开辟，如柔性石墨烯电子器件、石墨烯光通讯器件、石墨烯太赫兹探测器等各种传感器、石墨烯分散膜及海水淡化技能等。显而易见，这些工具不行能马上变现，不克不及期望几年之内就有何等大的财产，但它们大概代表石墨烯质料与器件的将来偏向。”

如许的看法值得细致。北京石墨烯研究院院长、中国科学院院士刘忠范就曾多次指出，我国的石墨烯研究仍处在财产化前夕，至多是起步阶段，我们不克不及过于急功近利，既要存眷今日的产物，更要存眷将来的焦点技能。只有拥有这些焦点技能，才气拥有石墨烯财产的将来。

4、应用石墨烯：更遍及的应用将把人类带入“碳期间”

进展石墨烯，前路在哪？

“将来，石墨烯应该朝着财产化偏向进展，其用途可表现在可穿着的智能化手机腕表、电动汽车等设置装备摆设的电池电极质料、军用防弹衣、航空装置的机器爱护质料，以及一些柔性电子表现屏和电子元件等方面。”赵扬以为。

蔡卫表现，从更久远的进展来看，石墨烯要推动底子物理的进展，现在石墨烯已推动整个二维质料范畴的进展，为探究范德瓦尔斯二维异质质料的底子物理与应用提供了大概，如转角双层石墨烯可实现超导、石墨烯中的元引发能实现极度强的光—物质相互作用等。“固然，石墨烯要在新场景下实现应用。如基于石墨烯的超敏锐光探测器可应用在航空航天、无人驾驶、生物检测等范畴，又如石墨烯与其他二维质料大概现有硅基纳米体系集成，显现在6G通讯器件中等。”

“刘忠范院士曾给石墨烯质料勾画了三种前程。第一种前程雷同于碳纤维质料，在某些范畴找到不行或缺的用途，成为“撒手锏”级的应用。第二种前程雷同于塑料，一百年古人们发明塑料，极大方便了人类生存，已经渗入渗出在平常生存的方方面面。石墨烯质料也有这种潜质，在将来也大概像塑料一样进入我们的平常生存。第三种前程雷同于硅质料。没有硅质料，就没有集成电路，天然也就无法进入信息化期间。乃至可以讲，我们如今生存在‘硅期间’。完善的石墨烯质料拥有远优于硅质料的光学和电学等特性，可用来制造将来的信息器件。”彭海琳表现，起首必要办理的是石墨烯质料的制备题目，在将来，高质量石墨烯质料可以思量先和传统硅技能联合或融合进展，终极找到“杀手锏”级用途，有大概替换硅基质料，制造“碳基电子器件及集成电路”，从而把人类带入“碳期间”。