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石墨烯:将引发一场技术革命?

作者:it技术知识网 阅读次数: 时间:2019-09-07 10:06:25

  随着习近平主席此次访英行程公布,“石墨烯”这一新鲜名词进入人们视野,因为习主席将参观曼彻斯特大学石墨烯研究中心。2004年,石墨烯在曼大被发现。

  华为总裁任正非之前在接受媒体采访时也称,未来10至20年内将爆发一场技术革命,即“石墨烯时代颠覆硅时代”。在此次习主席访英期间,华为也将与曼彻斯特大学石墨烯研究中心签署合作协议。

  石墨烯到底是什么?

  铅笔芯藏“世界最硬”

  能想象么,普通铅笔里就藏着石墨烯?没错,科学家告诉我们,石墨烯是一种由单层碳原子构成的材料。换句话说,铅笔芯用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在了一起,只要能把铅笔芯分离得够薄,就能得到石墨烯。

  从化学成分看,石墨烯与钻石一样,本质都是碳。但由于石墨烯的单层碳原子之间相互连接成稳定的六角网格,所以这种极薄的材料既柔韧又坚固:可以弯曲到很大角度而不断裂,并抵抗很高的压力,从而被称为“全世界最硬”的材料。

  美国机械工程师杰弗雷·基萨教授曾用一种形象的方法解释石墨烯的强度:如果将一张和食品保鲜膜一样薄的石墨烯薄片覆盖在一只杯子上,然后试图用一支铅笔戳穿它,那么需要一头大象站在铅笔上才能办到。

  石墨烯只有一层碳原子,非常非常薄,这就使得它在可见光下呈透明但又不透气的状态。加上一层原子的结构构成使得电子运动被限制在同一平面,这让石墨烯具备了全新的电学属性。

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  巨头争抢石墨烯应用

  这就能解释为什么任正非早早就看中了石墨烯产业。任正非曾公开表示过:“现在芯片有极限宽度,硅的极限是七纳米,已临近边界了,石墨烯是技术革命前沿”。试想,如果华为的手机用上了含有石墨烯的触摸屏、芯片、充电器,不仅能运行更灵敏,重量和设计也能更轻更薄。

  当然,华为绝非第一家对石墨烯虎视眈眈的巨头。三星和苹果也早早在石墨烯领域展开竞争,希望尽早推出使用石墨烯材质的产品。

  与此同时,其他领域的巨头也在争相拓展石墨烯的应用空间。10月9日,中国中车株机公司宣布,自主研制的新一代大功率石墨烯超级电容问世。据悉,全新的超级电容利用石墨烯的特质,功率提升了3倍,电能运用效率更高。

  业界认为,根据石墨烯的特性,电子纸、触摸屏、燃料电池、飞机机翼、净水科技等众多领域都有应用前景。

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  量产前景尚不明朗

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  石墨烯听起来很厉害,但也有一个大难题:怎样把实验室里的科研成果,变成具体产品。

  中国石墨烯产业联盟秘书长李义春曾公开表示,目前国内外推出的各式石墨烯产品主要是将其作为添加剂使用,但这些产品尚未展现出石墨烯最优异的性能。而从石墨烯的应用看,要避免多年前纳米技术那样一哄而上的局面,需要整合资源进行创新布局,形成聚合效应。他认为,欧洲对石墨烯的基础研究经验丰富,但我国在创新应用占有先机,所以需要优势互补。

  因石墨烯而获得诺贝尔奖的康斯坦丁·诺沃肖洛夫和他的同事也在《自然》上发表文章讨论石墨烯的未来,认为石墨烯作为一种材料,“前途是光明的、道路是曲折的”。最重要的困难在于受限于材料生产。他指出,那些使用譬如氧化石墨烯纳米颗粒等低级廉价的石墨烯产品会最先面世,但那些依赖于高纯度石墨烯产品可能还要数十年才能开发出来。

  还有科学家指出,所有材料都有其适用范围:钢坚硬而沉重,木头轻便但易腐,就算看似“万能”的塑料也有自身的局限。正因为此,即便石墨烯作为新材料能发挥巨大的作用,但也没有理由认为它就是一种能够改变世界的奇迹材料。

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