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石墨烯的认识看法

石墨烯,一种碳原子组成的单层片状结构的材料,自2004年英国物理学家发现之后,开始占据全球科学热点,至今仍未有退烧的迹象(有数据统计,去年全球发表石墨烯的论文达到了1万篇)。据研究,石墨烯的性能极为优异,诸如最坚硬的纳米材料,电阻率极低,导热系数惊人……由此,科学家们戏称之为“材料之王”,为它描绘了美好的未来:超级电容器、透明电极、锂离子电池、传感器、功能涂料……

那么,这个“材料之王”,容易制备吗?

看起来不难。当年英国两位科学家是用机械剥离法,也就是把石墨两面粘上胶带,然后揭开,如此反复,得到了单层的碳原子结构的石墨烯。

方法很简单,需要的工具也很简单。问题在于成功率很低,需要剥离数百次,如果有一次用力过大,就会破坏样品。材料科研工作就是这样,做出一个好样品,得到好数据,然后发文章。但是这个好样品背后,却是数以百计、千计的坏样品,甚至能不能稳定的得到好样品,都是个问题。

不管怎样,这种方法实在是不适合工业生产。工业生产中主要使用化学气相沉积、化学氧化还原法……方法很多,但是迄今也没有找到能够大规模制备的方法。

而且,目前所使用的工艺经常使得碳原子破裂或撕裂,无法与实验室中完美比例的石墨烯相媲美。如果石墨烯存在缺陷的话,性能将会大大削减。例如完美的石墨烯在断裂前能够经受100吉帕的压力,大约相当于1000000倍的大气压。但有缺陷的石墨烯的断裂强度大约只有前者的十万分之一,性能相对就很普通了。

所以,制备真正具有优良性能的石墨烯,并不是件容易的事。

那市面上所充斥的石墨烯产品又是怎么来的? 这涉及一个“大石墨烯”概念。“大石墨烯”可分为:石墨烯微片(Graphite)、氧化石墨烯(Graphene Oxide)、石墨烯(Graphene)。实际上,世界上承认的,获得诺贝尔奖的,是石墨烯。市面上所宣扬生产“石墨烯”的厂家,基本上在混淆这个概念,生产的都不是真正意义上的石墨烯。

欧盟前段时间启动了”石墨烯“旗舰项目,该项目时长10年,总投入为10亿欧元,成为了全球最大的材料科学研究项目。设想一下,如果以国内作坊式的工厂制备出了大规模的墨烯,欧洲人岂不得撞墙?

还有,”材料之王“真的能颠覆吗? 这也未必。

首先,我们并不需要“材料之王”。我们只需要在保证性能的前提下,成本最低的材料。每一种材料,都有自己的优缺点,有自己的适用范围。换句话说,合适的地方,使用合适的材料。工业应用中,到处都是这样的例子。

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