石墨烯之父:请多给石墨烯一些耐心

2019-01-23      1239 次浏览

英国曼彻斯特大学教授安德烈·海姆,是世界上最早成功剥离出单层石墨烯的科学家之一,并获得了2010年诺贝尔物理学奖,因此又有“石墨烯之父”之称。

安德烈·海姆日前对笔者说:“一般来说,一个新材料从实验室走到产业化需要40年左右的时间,但是石墨烯只用了不到10年。这是因为石墨烯有很多优秀的特性,它的坚硬程度、导电导热性等等,让石墨烯成为了从学术研究转化到实际应用最快的材料。”

安德烈·海姆说:“中国在石墨烯产业化应用方面起着引领世界的作用,中国做的已经超出了我的想象。”

石墨烯为生活用品“升级”

人类生活方式的变革,与新材料的发明发现有着密切的关系。传说中,3000多年前,腓尼基人在海滩上烧火,无意中发现了玻璃。通过玻璃制成的透镜,荷兰科学家列文虎克发现了细菌,开启了微生物学的征程。1939年的纽约世博会上,人们首次看到了由杜邦公司制造的尼龙——世界上第一种全部由人工合成的纤维,如今,尼龙被广泛应用于纤维织物、家居装饰用品、体育用品、乐器的弦和汽车零部件中。

如今,石墨烯可以算是新世纪有望再次颠覆人类社会生活的新材料。它早已走出了实验室,开始了如火如荼的产业化进程;它不仅能在诸如超级计算机等高科技领域为人类带来福音,也能够为我们的日常生活用品更新换代。

更重要的是,石墨烯为我们打开了一扇认识二维材料的大门。“随着研究的深入,我们发现石墨烯并不是单一的,它有很多兄弟姐妹,在结构上和石墨烯很相似,有不同的作用。”海姆说,“石墨烯给了我们一个宽泛的概念,其他一些类石墨烯的材料也不一定用碳制成。就如同我们说‘木材’,我们没有特指一种树木。对石墨烯的研究正是让我们看到,许许多多像石墨烯这样的二维材料,我们面前的路还很长。”

有人将石墨烯形象地称为“工业味精”,即在一些传统产品中加入石墨烯成分,就可以将原有产品的性能、使用寿命等大大提升。

冷静一下,石墨烯尚未完美

我们也必须看到,石墨烯距离真正、广泛的市场化应用还有很大发展空间。根据石墨烯导热、导电等特性,目前推向市场上的产品以电池、充电宝、加热器材等为主,出现了一些趋同化倾向;诸如海水淡化膜等工业化应用尚处在试验阶段。

而一直被给予“引领人们从硅时代走向碳时代”厚望的石墨烯,在制作晶体管的探索中,也面临着一系列问题。例如,晶体管的一个必要属性叫做“带隙”,它是电路呈现出“开”“关”两种状态的关键所在。而石墨烯的导电性太好,不存在带隙,也就无法直接应用在晶体管上。如何在不影响石墨烯其他特性的前提下,为石墨烯加入带隙,是石墨烯能否真正取代硅,开启超级计算机新时代的关键所在。

不过,正如安德烈·海姆所言,我们需要有足够的耐心,给石墨烯足够的时间。石墨烯从实验室制备到目前的产业化进程只有不到十年的时间,这对于一个新材料而言,可以说仅是度过了“婴儿期”,未来还有无限的可能性。

然而,这无法撼动石墨烯作为颇具革命性的新材料的地位。很多国家也正是看到了石墨烯的巨大潜力,出台了多种政策,支持石墨烯的研发。例如,2002—2013年间,美国国家科学基金会关于石墨烯的资助项目有近500项;欧盟委员会2013年将石墨烯列为“未来新兴技术旗舰项目”之一,该项目将获得10年内共计10亿欧元的资金支持;韩国于2013年公布了2014—2018年产业技术开发战略,推动石墨烯材料与零组件的商用化。

2015年,国家发改委、工信部和科技部三部门联合发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》,明确提出将石墨烯打造为先导产业,到2018年建立起石墨烯材料制备、开发、应用等关键环节良性互动的基本体系,到2020年形成完善的石墨烯产业体系。

材者,凡可用之具皆曰材;料者,量也。石墨烯之于材料,正如同《说文解字》中的解释。它来源于常见的石墨,因取量之小,剥离出单层结构而名石墨烯;又因处处可用而大放光彩。毋庸置疑,石墨烯的时代已经来临。

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