还记得几年前那个火遍大江南北的“神奇材料”石墨烯吗?号称比钢铁还硬200倍,导电性甩铜几条街,薄到几乎看不见,还能弯能折。
可这几年,似乎突然就没动静了,当初那个被吹上天的“未来材料”,难道真的只是一个惊天骗局?还是说,它真的是一项绝世黑科技,这背后到底有着什么不为人知的秘密?
什么是石墨烯?
石墨烯,号称21世纪最伟大的材料,这种薄成原子级别的二维片状结构就是石墨烯。
石墨烯可以说目前人类发现的最薄、最坚硬、导电性最好、导热性最好、透光性最好的纳米材料,是碳的同素异形体,拥有完美的六边形原子结构。当然,只有单层石墨才能叫石墨烯,并且是平面二维结构,厚度越厚效果越差,所以不能叫石墨烯,只能叫石墨。
石墨烯对人类的价值非常巨大,它的强度是钢的200倍,而电阻率只有10-6 Ω·cm,比铜少1000倍,电子迁移率超过15000 cm2/V·s,比硅高100倍,导热系数高达5300 W/m·K,是银的10倍,而且透明度极高可以透过97%的光,怎么看怎么好。
所以,石墨烯一出道就成为材料届的超新星,一提石墨烯就不明觉厉,聪明人立马就发现商机,近的拿来做口罩、电池、网球拍,远的造超级计算机、太空电梯、甚至隐形斗篷,2位发现者还斩获了2010年诺贝尔物理学奖,一时间以石墨烯以及相关材料为题的论文多达几十万篇,引发了一场科研界的狂欢。
要说这石墨烯最让人心动的地方,那还得是电池,科学家们说了,石墨烯真有这能耐,能让电池脱胎换骨,充得快,还耐用,甚至更安全。
至于这其中的奥秘,就藏在石墨烯那惊人的“体表面积”里。你可以把它想象成,同等重量下,石墨烯这家伙暴露在空气中的面积远超其他材料。
石墨烯独特的蜂窝状结构,让它几乎每个碳原子都能跟周围环境发生作用,所以比表面积大得惊人。
但是现实却没那么美好,现在市面上炒得火热的“石墨烯电池”,基本不是真正的石墨烯电池,只是在传统锂电池里,掺了那么一丁点石墨烯。
甚至还不如不加,因为高比表面积也意味着高反应活性,容易导致石墨烯与其他物质发生不必要的反应,反而影响电池的稳定性和寿命。
前几年某国产手机发布会,号称新旗舰机搭载“石墨烯电池”,充电速度提升40%,续航延长50%等等。
中国科学院欧阳明高院士都看不下去了,直言“8分钟充满电,还能跑1000公里”的石墨烯电池,目前根本不可能实现。
广汽埃安的“石墨烯”电池车型也被欧阳明高院士质疑,最后广汽只能改口,说只是在负极里掺了点石墨烯,8分钟充满80%也只是实验室数据。
这些年,关于石墨烯的虚假宣传还少吗?所以,新兴事物对于围观群众来说,多少有点信用破产了。
石墨烯的生产方法是不少,机械剥离法操作简单出产高质,但产率低成本还高,只能在实验室不时来一点;SIC外延生长法对生产装置要求高,品控还不稳定;氧化还原法和化学气相沉积法都会用上强酸、甲烷这些有毒的化学品,一旦失手,成本和环境污染代价太大;用最原始的撕胶带法,不仅对无杂质环境要求高,撕到天荒地老,还撕不出一张纸的面积。
所以, 就目前的技术水平而言,成本二字是过不去的坎。
对于追求便宜大碗的生产商而言,要导电找物美价廉性能一样优异的硅树脂就行,铜也能将就一下。所以,石墨烯想像塑料那样白菜价格商用还有很长一段路要走。
当然,石墨烯本身无罪,像欧洲发起的石墨烯旗舰计划已经开发出了90多种产品,比如把石墨烯混进轮胎材料里能提高抓地力和耐磨性,混进头盔材料里能提高冲击吸收能力,混进摩托车部件里,能提高散热效率,羽绒服里加入石墨烯,能反射人体热量,达到锁温保暖的效果。
所以,为了更好地利用石墨烯,科学家们还得继续加油,攻克这个难关。未来的方向,可能是探索新的催化剂,进一步优化生产工艺,开发出更先进的设备等等。办法总是有的,就看大家怎么去想去做了,总不能被困难吓倒吧!
在应用方面,也不能好高骛远,要根据石墨烯的特性和目前的制备水平,选择最合适的应用领域。不要什么火就做什么,一拥而上,最后很可能一地鸡毛。
相关企业要加强合作,材料厂商、器件厂商、应用厂商要一起努力,形成一个完整的产业链,把实验室里的成果真正变成老百姓能用得上的产品。
大家也要理性看待石墨烯,它并不是“万能药”,不可能解决所有的问题。