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石墨烯上CCTV啦！新聞?lì)l道專(zhuān)題節(jié)目《石墨烯到底有多神奇？》

2017-03-01 11:23:32 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：烯碳資訊分享至：

進(jìn)入2017年以來(lái)，石墨烯越來(lái)越火，先是石墨烯發(fā)熱服登上了央視春晚，四部委發(fā)布《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》，石墨烯又強(qiáng)勢(shì)上榜，就在今天的CCTV13新聞?lì)l道的朝聞天下欄目中，播出了長(zhǎng)達(dá)10分多鐘的專(zhuān)題《石墨烯到底有多神奇》，下面我們一起去看看。

現(xiàn)在，說(shuō)到最火的新裝備，大家會(huì)想到無(wú)人機(jī)，說(shuō)到最火的新技術(shù)，大家會(huì)想到人工智能、3D打印，說(shuō)到最火的新材料，那肯定就是石墨烯。到底石墨烯是“何方神圣”，根據(jù)已知的信息，石墨烯的厚度是頭發(fā)絲的20萬(wàn)分之一，強(qiáng)度是鋼的200倍，是世界上已知的最輕最薄、最強(qiáng)的材料。

目前已有公司宣稱用石墨烯來(lái)做快速充電電池，只需20秒就可以給手機(jī)充滿電。除了電池，還有公司用石墨烯做內(nèi)衣、襪子等。那么，石墨烯到底是何方神圣呢？我們跟隨記者去了解一下。

1石墨烯——激動(dòng)人心的“難得的元素”

在電影《阿凡達(dá)》里，導(dǎo)演通過(guò)電腦特技向我們描繪了一個(gè)虛構(gòu)的星球潘多拉。強(qiáng)大的人類(lèi)艦隊(duì)跨越幾個(gè)光年來(lái)到這里，不惜破壞這里的生態(tài)，屠戮原住民，為的就是得到這個(gè)星球上一種特殊的資源-Unobtainum，價(jià)值2000萬(wàn)美金每公斤。這個(gè)在電影里一閃而過(guò)的材料Unobtainum，翻譯成中文字面意思就是“難得的元素”。這可不是瞎編出來(lái)的詞，在航空領(lǐng)域，熱門(mén)用難得的元素來(lái)形容性能完美的材料。比如輕如空氣同時(shí)強(qiáng)如鋼鐵的材料。而今天，一種神奇的材料正在接近人類(lèi)夢(mèng)想當(dāng)中“難得的元素”。這就是石墨烯。

他和我們常見(jiàn)的鉛筆芯一樣，是由碳原子構(gòu)成。只不過(guò)，石墨烯是由一層碳原子在平面上構(gòu)成，可以說(shuō)，它的特點(diǎn)就是薄，薄到不能再薄。

中國(guó)電科第55研究所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任孔月嬋博士：首先，石墨烯的硬度非常強(qiáng)，比現(xiàn)在最好的鋼鐵還要強(qiáng)100倍，它的電子的速度非常高，是硅的10倍。同時(shí)，石墨烯還是傳導(dǎo)熱量的高手。比最能導(dǎo)熱的金屬銀還要強(qiáng)10倍。正是這樣全面的性能，讓石墨烯得到了前所未有的關(guān)注。在資本市場(chǎng)上，任何一家和石墨烯有關(guān)的上市公司都會(huì)引來(lái)熱錢(qián)的追捧，人們甚至開(kāi)始預(yù)言，石墨烯的出現(xiàn)將帶來(lái)一場(chǎng)由材料進(jìn)步引發(fā)的工業(yè)革命。

原來(lái)《阿凡達(dá)》和我們的現(xiàn)實(shí)世界還有如此巧妙的鏈接。先來(lái)解釋下石墨烯的超凡性能，大家可以換算一下。比如說(shuō)“超薄”，1mm石墨的薄片，可以剝出來(lái)150萬(wàn)片的石墨烯，也就是說(shuō)把一毫米分成150萬(wàn)片。比如說(shuō)“超輕”，1g的石墨烯做出來(lái)之后能做多大？1g石墨烯能夠覆蓋一個(gè)足球場(chǎng)。

再說(shuō)“超硬”，石墨烯做成食品保鮮膜厚度的膜，想拿鉛筆戳穿，上面得需要一頭大象。這些特性在自然界是無(wú)可匹敵的，放在工業(yè)領(lǐng)域，也是無(wú)所不能。

所以說(shuō)石墨烯是新材料之王，人稱“黑金”。石墨烯真的有這么神奇嗎？人類(lèi)是如何制備出石墨烯的呢？

2科學(xué)家用膠帶粘出石墨烯

我們?cè)趯W(xué)生時(shí)代可能都會(huì)有這樣的經(jīng)歷，就是在我們的白紙上寫(xiě)錯(cuò)字的時(shí)候，就會(huì)用透明膠把寫(xiě)錯(cuò)的字粘掉。誰(shuí)也沒(méi)有想到的是，就是憑借這樣簡(jiǎn)單的辦法讓人類(lèi)找到了神秘的石墨烯。制作石墨烯，簡(jiǎn)單說(shuō)就是把石墨變薄，不能靠切，不能靠磨，而是要靠粘。

2004年英國(guó)曼徹斯頓大學(xué)的兩位科學(xué)家——安德烈海姆和諾沃肖洛夫嘗試用膠帶粘出了石墨烯。別小看這個(gè)方法，自從有了這個(gè)點(diǎn)子之后，兩位科學(xué)家就拿了諾貝爾獎(jiǎng)。那么用膠帶怎么就能產(chǎn)生這個(gè)具有革命性的新材料呢？我們特意請(qǐng)中國(guó)電科第55研究所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高級(jí)工程師吳云博士做了一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

1、將石墨片粘到膠帶上面，粘一小片就夠了；

2、然后我們對(duì)它進(jìn)行折疊的、交疊的撕拉，這樣它中間的分子粒會(huì)脫落，一片變兩片，兩片變四片，會(huì)越剝?cè)奖。?/span>

3、重復(fù)四五十次。

足足粘了有半個(gè)小時(shí)，膠帶上現(xiàn)在已經(jīng)布滿了灰色的石墨，然后吳博士用膠帶將這些石墨轉(zhuǎn)移到了一個(gè)硅片上。吳博士提示我們說(shuō)，現(xiàn)在我們看到的都不是石墨烯，因?yàn)槭┎粌H非常薄，厚度甚至不到頭發(fā)絲的萬(wàn)分之一，而且它的透光率達(dá)到了97％以上，幾乎完全透明，人的肉眼是根本看不到的，要找到它還得用技術(shù)手段。

通過(guò)顯微鏡的觀察，吳博士指著顯示器呈現(xiàn)出來(lái)的畫(huà)面說(shuō)：“這一塊是比較明顯的，這個(gè)應(yīng)該是多層的石墨片結(jié)構(gòu)。而我們看到這種很淡的形狀的，它可能就稍微薄一些，因?yàn)槲覀兪┩腹饴史浅：茫晕覀冊(cè)谶@里面顯現(xiàn)越模糊的就越有希望是這種比較薄的石墨結(jié)構(gòu)。”

3石墨烯電容器，未來(lái)或可超快充電

其實(shí)，大家剛才看到的這個(gè)辦法是人類(lèi)最初生產(chǎn)石墨烯的方法，而現(xiàn)在隨著技術(shù)進(jìn)步，高質(zhì)量的石墨烯已經(jīng)可以大規(guī)模量產(chǎn)。當(dāng)然，只是生產(chǎn)出來(lái)還不夠，必須要和應(yīng)用接軌。大家最關(guān)心的就是石墨烯在人們?nèi)粘Ｉ钪心馨l(fā)揮什么作用。

目前，最令人期待的就是石墨烯可能改變手機(jī)的充電方式。未來(lái)的石墨烯電池容量更大、壽命更長(zhǎng)，充電時(shí)間更短。而電動(dòng)汽車(chē)的充電問(wèn)題也可以迎仍而解了。這并不是空想，事實(shí)上，相關(guān)的研究工作正在進(jìn)行當(dāng)中。

在天津電源研究所，這里的科研人員正在進(jìn)行最先進(jìn)的電容器的研究。電容器和電池一樣，都能用來(lái)儲(chǔ)存電能。它的優(yōu)勢(shì)在于充電速度快，幾分鐘就可以充滿，而且可以重復(fù)使用幾萬(wàn)次。但是，它存儲(chǔ)的電量不如電池多。

中國(guó)電科第18所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任丁飛博士：這是我們已經(jīng)做好的改性石墨烯配成的漿料。下一步我們將漿料通過(guò)涂布機(jī)涂到鋁箔上，變成我們石墨烯電容器的正極材料。電容材料對(duì)電容器的性能有著至關(guān)重要的影響。科研人員正在將電容器的儲(chǔ)電能力，一步一步向電池靠攏。而同時(shí)，它擁有的超快充電速度，也能夠?yàn)槿藗兊纳顜?lái)便利。

中國(guó)電科第18所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任丁飛博士：我們做的改性石墨烯電容器，它的能量密度基本上是傳統(tǒng)電容器的10倍左右，接近目前鋰離子電池的能量密度，可以使電動(dòng)車(chē)充一次電行駛更遠(yuǎn)的距離。

4石墨烯代替硅，電子芯片性能提高

其實(shí)除了電池之外，石墨烯在其他領(lǐng)域還給我們帶來(lái)很多的可能性。比如說(shuō)可以用來(lái)做更輕薄的防彈衣，用它制作曲面的手機(jī)和電腦顯示屏等等，曾經(jīng)有科學(xué)家預(yù)言，石墨烯將徹底改變21世紀(jì)，甚至引發(fā)新一輪工業(yè)革命，為什么這么說(shuō)呢？

電子芯片的基礎(chǔ)材料是硅，然而隨著芯片上原器件越來(lái)越密集，在最高端的芯片上，兩個(gè)原器件之間的距離已經(jīng)不到10nm，幾乎達(dá)到了硅材料的極限。要繼續(xù)提高性能，該怎么走呢？科研人員已經(jīng)在研究用石墨烯部分代替硅的作用。

中國(guó)電科第55研究所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任孔月嬋博士：這個(gè)是我們用石墨烯做好的一個(gè)器件。由它制備的器件的工作頻率，理論上可以達(dá)到硅的十倍甚至上百倍。比如說(shuō)它在雷達(dá)上面應(yīng)用，可以大幅提高雷達(dá)的分辨率。還有在通訊、成像等系統(tǒng)都有比較廣泛的應(yīng)用。除此之外，這里的科研人員還在做另一件大事，他們讓石墨烯附著在厚度只有50nm的金箔上，然后用一種新的技術(shù)，把石墨烯完整的轉(zhuǎn)移到塑料片上。

中國(guó)電科第55研究所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高級(jí)工程師吳云博士：在電子器件里面，專(zhuān)用的這樣一個(gè)塑料襯底，它具備柔性，并且比較適合我們晶體管的制備過(guò)程。石墨烯轉(zhuǎn)移技術(shù)是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，有了這個(gè)獨(dú)門(mén)秘籍之后，在這個(gè)塑料片上，就能夠生成一定功能的電子器件。最關(guān)鍵的是，這樣的電子器件是可以輕松彎曲的。

未來(lái)，無(wú)論是可以折疊的顯示屏還是可以植入人體的可穿戴設(shè)備，都離不開(kāi)這樣的石墨烯器件。而利用石墨烯制造新一代器件，也有望讓我國(guó)的芯片制造業(yè)實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

5接軌生活，烯望無(wú)限

石墨烯使我們對(duì)未來(lái)的世界充滿期待，手機(jī)充電可以秒充，電子屏幕可以隨意彎曲，汽車(chē)使用石墨烯導(dǎo)靜電輪胎可以去除靜電，避免摩擦靜電引發(fā)爆燃。此外，從航空航天、武器裝備到節(jié)能環(huán)保、電子信息，石墨烯在未來(lái)很多領(lǐng)域都大有作為。

其實(shí)早幾年，石墨烯的概念早已刷屏，但是能夠發(fā)揮它的優(yōu)異特性的商用產(chǎn)品遲遲未能出現(xiàn)。真正好的石墨烯產(chǎn)品的問(wèn)世究竟要到什么時(shí)候？我們看到很多科研機(jī)構(gòu)、大學(xué)都在積極研發(fā)當(dāng)中。但是，采訪中，石墨烯的科研人員也告訴記者，目前即使是在實(shí)驗(yàn)室條件下，石墨烯的神奇性能仍然沒(méi)有完全釋放出來(lái)，技術(shù)層面還存在不少的挑戰(zhàn)。因此，真正大面積的應(yīng)用還需要很長(zhǎng)的路要走，讓我們共同期待。

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