2004年，石墨烯被人類制備出來。2010年，石墨烯發(fā)現(xiàn)者獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。誕生12年來，石墨烯的價(jià)值和意義在科學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界甚至是哲學(xué)界不斷引發(fā)論戰(zhàn)，而真實(shí)的石墨烯卻因其自身過于“高深莫測”，被阻隔于公眾視野之外。

    近日，本報(bào)記者專訪石墨烯研究領(lǐng)域?qū)＜沂泛骑w，力圖向公眾還原一個(gè)真實(shí)的石墨烯。

    史浩飛在辦公室。 記者 鄭宇 攝

    任何新材料都不應(yīng)被低估

    石墨烯擁有諸多“世界之最”，理論上可應(yīng)用于從能源化工、電子信息到太空探索的各個(gè)領(lǐng)域

    重慶日報(bào)：石墨烯作為一種新材料在世界范圍內(nèi)廣受關(guān)注，其在中國的迅猛發(fā)展還引起了一些爭議，有人認(rèn)為石墨烯的作用和前景被夸大了，甚至出現(xiàn)了諸如“科學(xué)騙局”的說法。作為長期關(guān)注、研究石墨烯的專家，您對此如何看待？

    史浩飛：我知道你所說的爭議。其實(shí)，爭議的存在很大程度上緣于石墨烯本身復(fù)雜的特性。

    一方面，石墨烯具有迄今人類所發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電性最強(qiáng)、導(dǎo)熱性最好等諸多“世界之最”。這意味著這種材料理論上可應(yīng)用于從能源化工、電子信息到太空探索的各個(gè)領(lǐng)域。

    另一方面，這些看似無往而不利的性能，目前多數(shù)仍停留在微觀層面，難以應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活。

    這就好比石墨烯的力學(xué)強(qiáng)度雖比鋼材高上百倍，但目前甚至沒法用它打造出一把菜刀來。原因在于它就是石墨的一個(gè)片層，厚度只有一個(gè)原子大小。假如簡單疊加石墨烯，那只會(huì)使它重新變成松軟的石墨。

    但這并不代表在可預(yù)見的將來，人類不能將石墨烯與鋼鐵結(jié)合，打造出一把真正意義上的“超級(jí)菜刀”來。任何新材料的“潛能”都不應(yīng)被低估。

    未來或深刻改變?nèi)祟惿?/span>

    比如，一旦石墨烯替代硅來制造超微型晶體管，未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)會(huì)擁有難以想象的高速。那將是一場信息革命

    重慶日報(bào)：石墨烯眾多令世人驚艷的物理特性，目前只存在于無法觸摸的微觀世界，那它的應(yīng)用前景又體現(xiàn)在哪里？會(huì)不會(huì)只是一種畫餅充饑？

    史浩飛：石墨烯的應(yīng)用前景體現(xiàn)在很多方面，例如對硅材料的替代性上。

    眾所周知，現(xiàn)在是硅時(shí)代。依據(jù)摩爾定律，計(jì)算機(jī)芯片每18個(gè)月集成度翻番，價(jià)格減半。只是近年來，硅晶體管的特征尺寸已經(jīng)縮小到10納米以下，而硅材料的自然屬性導(dǎo)致其運(yùn)行速度和性能難以再有突破性發(fā)展。所以，才有雙核、四核這些折衷方法。

    但石墨烯帶來了新的可能性，它良好的導(dǎo)電性使得電子在其中的速度可達(dá)光速的1/300，遠(yuǎn)超在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。加上碳元素更高的電子遷移率，一旦石墨烯替代硅來制造超微型晶體管，未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)會(huì)擁有難以想象的高速。

    那將是一場信息革命。但人類仍有很長的路要走，在這一過程中面臨一系列未知的挑戰(zhàn)。

    石墨烯是一種材料，而一種新材料的未來不只取決于其自身，更有賴于其他學(xué)科的進(jìn)步。就像人類能用鋼鐵造船、造飛機(jī)，是得益于發(fā)動(dòng)機(jī)的誕生、流體力學(xué)的成熟等等。

    重慶日報(bào)：你認(rèn)為石墨烯會(huì)像鋼鐵那樣，有朝一日深刻改變?nèi)祟惿睿?/span>

    史浩飛：為什么不？青銅、鋼鐵、塑料、硅等基礎(chǔ)材料，都深刻改變了人類生活。起碼我們不能排除這種可能性，科技工作者的使命就是推動(dòng)這些美好的可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

    石墨烯“打開了一扇窗”

    我們所在的物質(zhì)世界一直被認(rèn)為是三維結(jié)構(gòu)的，石墨烯的出現(xiàn)終結(jié)了這一認(rèn)知

    重慶日報(bào)：石墨烯的出現(xiàn)被認(rèn)為具有革命性意義，還有其他什么原因嗎？

    史浩飛：我們所在的物質(zhì)世界一直被認(rèn)為是三維結(jié)構(gòu)的，石墨烯的出現(xiàn)終結(jié)了這一認(rèn)知。因?yàn)槭┦侨祟愂状伟l(fā)現(xiàn)的二維結(jié)構(gòu)材料。

    這意味著什么？意味著人類對物質(zhì)世界的認(rèn)知，從三維層面轉(zhuǎn)入了二維層面，這是顛覆性的一步。因?yàn)榘凑战?jīng)典物理學(xué)理論，二維結(jié)構(gòu)在自然界難以穩(wěn)定存在。

    事實(shí)上，從三維世界到二維世界，對哲學(xué)上的觀念沖擊最大，這涉及整個(gè)世界的存在形式和本源問題。

    石墨烯“打開了一扇窗”，讓人類窺探到二維世界的精彩。從這個(gè)角度說，石墨烯對整個(gè)人類的發(fā)展而言，都具有革命性意義。

    重慶日報(bào)：我注意到您書架上有一本著名科幻小說《三體》，該書描述了一種名為“二向箔”的降維攻擊武器，可使攻擊目標(biāo)由三維形態(tài)向二維形態(tài)“坍塌”。石墨烯打開了人類了解二維世界的窗口，那么，是否有一天這樣的科幻場景會(huì)變成現(xiàn)實(shí)？

    史浩飛：我無法預(yù)測那一天是否會(huì)出現(xiàn)，但石墨烯的確是我們在二維世界的第一種研究對象。

    目前對石墨烯的研究，只表明人類可以在更低的維度上認(rèn)識(shí)和操作某些物質(zhì)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能說可以在各個(gè)維度上轉(zhuǎn)換。

    不過從理論上說，人類對物質(zhì)世界的認(rèn)知越到微觀，其操縱自由度就越大。假如有一天，我們可以影響某一元素其原子核里面的結(jié)構(gòu)，并改變它的質(zhì)子數(shù)，那就可能改變這種元素，甚至創(chuàng)造新的元素。如能做到這一點(diǎn)，已經(jīng)近乎神跡了。

    科學(xué)進(jìn)步總是從基礎(chǔ)研究開始的。我們現(xiàn)在做的，就是奠定石墨烯材料研究的基礎(chǔ)。

    來渝研究“完美”新材料“我們的終極目標(biāo)是讓石墨烯成為和鋼鐵、塑料、硅一樣的基礎(chǔ)材料，是把石墨烯應(yīng)用變成一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈”

    重慶日報(bào)：您一直主攻光電領(lǐng)域，為何最后會(huì)進(jìn)入到最基礎(chǔ)的材料領(lǐng)域，對石墨烯產(chǎn)生興趣，并愿意到重慶來繼續(xù)您的研究？

    史浩飛：恰恰因?yàn)槲议L期研究光電材料與器件，逐漸發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)光電材料已遇到理論上的瓶頸，很多元器件性能難以取得實(shí)質(zhì)性突破，于是只能尋求更好的新材料。在美國做博士后研究時(shí)我接觸到了石墨烯，它的很多特性對我們研究光電子技術(shù)的人來說幾乎是完美的。

    2011年，重慶組團(tuán)赴美國引才，把我引進(jìn)到中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院工作。來渝后發(fā)現(xiàn)國內(nèi)還沒人能做量產(chǎn)的石墨烯，所以只好自己做。重慶對石墨烯研究的支持力度很大，對人才的引進(jìn)也有很大的熱情，重慶市人社局認(rèn)定我為重慶市第二類高層次人才，在科研資助、崗位津貼等方面給予支持，激勵(lì)我們創(chuàng)新。

    后來我們經(jīng)過一番攻關(guān)，石墨烯制備技術(shù)取得了突破，資金和政府進(jìn)一步的支持也及時(shí)到位。但那個(gè)時(shí)候，石墨烯制備成本相當(dāng)高，我們就開始考慮將石墨烯產(chǎn)業(yè)化以降低成本。

    重慶日報(bào)：于是就有了石墨烯手機(jī)的誕生？想做新概念的電子產(chǎn)品？

    史浩飛：其實(shí)，這是一個(gè)小小的誤解。

    我們團(tuán)隊(duì)核心優(yōu)勢在于石墨烯原材料的規(guī)模化制備技術(shù)。現(xiàn)在這一點(diǎn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但緊跟著問題來了：這是一種嶄新的材料，世人怎么知道它的好處？思來想去，我們決定做一種具有新穎性、帶點(diǎn)科幻色彩的產(chǎn)品，于是就想到做一款可卷曲的柔性手機(jī)，畢竟手機(jī)是目前最普及的電子產(chǎn)品。

    但實(shí)際上，我們的終極目標(biāo)是要讓石墨烯成為和鋼鐵、塑料、硅一樣的基礎(chǔ)材料，是把石墨烯應(yīng)用變成一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

    這一切，我希望能在重慶率先實(shí)現(xiàn)。

    史浩飛簡介

    史浩飛，中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院研究員，微納制造與系統(tǒng)集成研究中心主任，重慶墨希科技有限公司首席科學(xué)家。

    近5年來主要從事石墨烯薄膜材料規(guī)模化制備與應(yīng)用研究，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)突破了大面積單層石墨烯薄膜的制備工藝難關(guān)，建立了石墨烯薄膜生產(chǎn)線，并在石墨烯觸控面板、智能傳感、光電探測、柔性器件等領(lǐng)域開展了系統(tǒng)的應(yīng)用研究。發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文40余篇，申請發(fā)明專利100余項(xiàng)，主持科技部863、工信部工業(yè)強(qiáng)基、國家自然基金、省部科技攻關(guān)等項(xiàng)目十余項(xiàng)，入選科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才。