石墨烯時代離我們有多遠

龐雪汀

因石墨烯而獲得諾貝爾獎的康斯坦丁·諾沃肖洛夫認為作為一種材料，石墨烯“前途是光明的，道路是曲折的”，雖然將來它也許能發(fā)揮重大作用，但是在克服幾個重大困難之前，這一場景還不會到來。石墨烯，會是一次“材料革命”，還是最終歸于雞肋？也許唯有時間能給我們答案。

只要出門前充電5秒，手機電量就可以使用長達半個月？電腦顯示屏也可以折疊起來放在兜里帶出門？這些看起來不可能發(fā)生的事情，石墨烯技術(shù)都能幫你實現(xiàn)！當然，這項舉世矚目的“黑科技”能幫你實現(xiàn)的，還遠不止這些。

實際上，自從12年前被用透明膠帶從石墨晶體上“粘”出來之后（咳咳，這誕生的方式可不大體面），石墨烯就被認為注定要改變世界：它比鉆石更硬，比銅更導電、比橡膠更柔軟、基本透明，并且它的石墨烯氣凝膠是迄今最輕的材料?？茖W家預(yù)言，石墨烯將“徹底改變21世紀”，極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。

據(jù)哥倫比亞大學的研究，理論上，一頭大象的重量即使集中在鉛筆頭那么小的面積，也無法穿透保鮮膜厚度的石墨烯片。

當然，夠輕只是它的特性之一，這玩意兒還有諸多你無法想象的潛在應(yīng)用領(lǐng)域，比如電能儲存、隔熱、用作催化劑的載體之類的，隨便一數(shù)就能數(shù)個幾分鐘。而在這其中，最具顛覆性的就是它對“硅”的挑戰(zhàn)。

“硅”的完美替代品

石墨烯目前最有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機。也許因為石墨烯的運用，未來計算機處理器的運行速度將會快數(shù)百倍。

不論是石墨烯還是硅，對于像小編這樣的技術(shù)小白來說，都仿佛是遙不可及的存在。實際上，在人類現(xiàn)有的社會生活中，硅幾乎是無處不在的。從高大上的航天業(yè)到接地氣的食品輕工業(yè)，隨處可見硅的身影。而在不遠的將來，新晉“材料王”石墨烯也許會打破硅的“壟斷地位”。

幾乎完全透明石墨烯，只吸收2.3%的光；導熱系數(shù)高于碳納米管和金剛石，而電阻率比銅或銀更低，是世界上電阻率最小的材料。

石墨烯電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由石墨烯制造的電子元器件外形和功耗更小，速度和性能更高，外觀和材質(zhì)更加多樣，包括家電、數(shù)碼產(chǎn)品在內(nèi)的電子、通訊和計算機都可能會發(fā)生質(zhì)的變化。

比如像紙張一樣的觸摸顯示屏，透明、輕薄、可折疊！怎么樣，看到這里你是不是迫不及待地想要和石墨烯一起“炫”出新未來了？

鋰電池的“拯救者”

石墨烯的另一項重要運用在電儲存領(lǐng)域。

將幾個小時的充電時間濃縮為幾分鐘？對于石墨烯來說這仿佛也不是問題。采用分孔石墨烯作為鋰電池電極的方式，不僅能夠濃縮充電時間，還能夠有效提升電池容量，這是鋰空氣電池內(nèi)部構(gòu)造的初步原理。在太陽能充電因為成本、材質(zhì)以及安裝等眾多原因尚無法普及的當下，石墨烯顯然是可以成為電池拯救者的。

不過這種電池的生產(chǎn)任重而道遠。日前，國內(nèi)一光電企業(yè)就興奮地宣稱研發(fā)出了神奇的“石墨烯電池”，并自稱“烯王”，然而當天就被業(yè)內(nèi)人士“打臉”說該企業(yè)研制的不過是“石墨烯基鋰電池”而已，跟真正的石墨烯超級電池相差十萬八千里。目前，市面上大部分所謂的石墨烯電池也都是在鋰電池等電池中通過技術(shù)手段添加一些石墨烯，“能力者”石墨烯更多還是作為輔助材料的“配角兒”存在其中。

當然，“任重而道遠”并不等于要否定對未來的愿景。未來，“充電五分鐘，奔跑一千公里”或者“充電幾分鐘，手機用一年”的奇景還是很有可能出現(xiàn)的……

“黑科技”也能接地氣

作為一項驚世駭俗的發(fā)現(xiàn)，石墨烯技術(shù)總顯得有一些遙不可及。然而石墨烯在輕應(yīng)用方面是面向民用的、可以快速實現(xiàn)產(chǎn)品化并能夠給消費者帶來較高性價比，比如石墨烯發(fā)熱和過濾。

目前，已經(jīng)有幾家科技公司開始售賣石墨烯材料的衣服。他們把石墨烯嵌入到纖維結(jié)構(gòu)，捻線織成的布可支持3.7V安全電壓，并可根據(jù)情況通過App控制升溫速度及溫度。就用戶體驗來講，石墨烯提升了衣服的安全性及舒適度，而石墨烯紡織物的柔軟、不怕折疊、可水洗的特性自然就更勝一籌。

相關(guān)商家表示，之所以選擇將石墨烯應(yīng)用到紡織領(lǐng)域，是看中了石墨烯良好的導熱性，由于石墨烯的電熱轉(zhuǎn)換效能可達99%，與其他材料相比有著絕對的優(yōu)勢；換句話說，也許石墨烯的第一項實實在在的運用和普及將會出現(xiàn)在“保暖內(nèi)衣”界。

石墨烯時代，還需要等待

說了這么多，也許你還是要問，石墨烯都誕生十幾年了，我的透明手機呢？

其實早在2012年，因石墨烯而獲得諾貝爾獎的康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）和他的同事就曾在《自然》上發(fā)表過文章討論石墨烯的未來。他認為作為一種材料，石墨烯“前途是光明的，道路是曲折的”，雖然將來它也許能發(fā)揮重大作用，但是在克服幾個重大困難之前，這一場景還不會到來。另外，考慮到產(chǎn)業(yè)更新的巨大成本，石墨烯的好處可能不足以讓它簡單地取代現(xiàn)有的設(shè)備。

制約石墨烯廣泛應(yīng)用的瓶頸在于難以大規(guī)模、低成本地制備高品質(zhì)的石墨烯。膠帶剝離法顯然無法實現(xiàn)工業(yè)化的量產(chǎn)，哪怕你掌握了全世界的石墨礦，一天又能剝下來幾片？更令人擔憂的是石墨烯的環(huán)境風險。石墨烯產(chǎn)業(yè)目前最成熟的產(chǎn)品之一“氧化石墨烯納米顆?！睂θ梭w很可能是有害的，而且研究者發(fā)現(xiàn)它極易擴散。

更有愛潑冷水者指出，所有材料都有其適用范圍：鋼堅硬而沉重，木頭輕便但易腐，就算看似“萬能”的塑料也有其自身的局限。正因如此，即便石墨烯作為新材料能發(fā)揮巨大作用，但也沒有理由認為它就是一種能夠改變世界的奇跡材料。

石墨烯，會是一次“材料革命”，還是最終歸于雞肋？也許唯有時間能給我們答案。