冷靜點(diǎn)！石墨烯“快充快放”還沒(méi)來(lái)

賴太平

“黑金”“新材料之王”“徹底改變21世紀(jì)的黑科技”這些盛譽(yù)指的都是同一樣?xùn)|西——石墨烯。華為創(chuàng)始人任正非在接受媒體采訪時(shí)曾表示，未來(lái)十年到二十年內(nèi)會(huì)爆發(fā)一場(chǎng)技術(shù)革命，石墨烯時(shí)代將會(huì)顛覆硅時(shí)代，石墨烯是技術(shù)革命前沿。

石墨烯的潛力是毋庸置疑的。然而今年12月，有“充電10分鐘，續(xù)航1000公里的石墨烯電池來(lái)襲”等報(bào)道出現(xiàn)，這消息隨后受到了多個(gè)專家的質(zhì)疑，在這樣夸大報(bào)道的背后，石墨烯產(chǎn)業(yè)更是一片“炒作”亂象！

只是理論上的可能

今年12月中下旬，三星發(fā)布了一則報(bào)告稱目前已研發(fā)出了基于石墨烯材料的新電池技術(shù)，這種基于石墨烯材質(zhì)所造的電池將會(huì)比目前市面上的普通電池高出45%的容量，能夠在提高容量的同時(shí)擁有比標(biāo)準(zhǔn)充電速度快5倍的充電速度。這則消息在傳播中逐漸被媒體解讀成“充電10分鐘能跑1000公里”。聽起來(lái)很美好，但這一解讀實(shí)際上已經(jīng)大限度地超越了真實(shí)情況。

中國(guó)科學(xué)院院士劉忠范解釋，目前大部分石墨烯在電池的應(yīng)用都是將10%左右的石墨烯摻和在鋰電池上，如此確實(shí)可以降低內(nèi)阻，提升性能，從而使得充電變得更快，容量更高。不過(guò)，這樣的效果僅限于實(shí)驗(yàn)室里面，在現(xiàn)實(shí)中想要真正的實(shí)現(xiàn)面臨的問(wèn)題還很多。

首先，就技術(shù)層面而言，實(shí)驗(yàn)中使用的電池是一小節(jié)鋰電池，實(shí)際情況中一旦所使用的電池變成了大堆的集成電池，能否達(dá)到提升性能的效果？提升多少？這些就很難確定了。

另外，既然談到應(yīng)用，安全就是一個(gè)必須考慮的問(wèn)題，尤其是電池。撇開快充能不能實(shí)現(xiàn)不說(shuō)，目前這樣的電池安全性完全沒(méi)有保障。石墨烯在概念定義和標(biāo)準(zhǔn)上，甚至都尚未達(dá)成統(tǒng)一，處理方式不一樣，產(chǎn)生的性能就有所不同，甚至前后兩天做出來(lái)的性能都會(huì)有差別，談應(yīng)用根本就是天方夜譚。

所謂的“充電10分鐘能跑1000公里”只是媒體的夸大解讀而已，現(xiàn)在就談?wù)撌╇姵氐男阅?，為時(shí)尚早了。

石墨烯為何大熱？

石墨烯是一種只有一個(gè)原子厚的二維碳膜，雖然名字里有“石墨”兩個(gè)字，但是它既不依賴石墨儲(chǔ)量也完全不是石墨的特性。2010年，俄羅斯物理學(xué)家康斯坦丁·諾沃肖洛夫因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)石墨烯而被授予了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

簡(jiǎn)單的說(shuō)，石墨烯是一種性能非常驚人的材料，它既可以做保護(hù)涂層，本身還是透明可彎折電子元件，同時(shí)可以變?yōu)槌笕萘侩娙萜?。此外，它還是目前科學(xué)界發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料。

巨大的利益驅(qū)使下，近兩年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)石墨烯的熱衷持續(xù)居高不減，甚至出現(xiàn)了眾多“石墨烯概念股”。早在2016年中旬，科技日?qǐng)?bào)就報(bào)道：目前國(guó)內(nèi)對(duì)石墨烯的熱度非常高，一方面科研經(jīng)費(fèi)比較充分，這對(duì)科研人員是機(jī)遇，而未來(lái)有可能會(huì)像美國(guó)一樣“僧多粥少”，申請(qǐng)科研經(jīng)費(fèi)的要求變得愈加嚴(yán)格；另一方面，出現(xiàn)一些概念混淆，石墨烯產(chǎn)品尚未出場(chǎng)而其股票瘋漲的亂象，這會(huì)使青年學(xué)者內(nèi)心紛亂浮躁，只想快趕猛上出成果和效益。

尚未攻克的難題

制備 目前，石墨烯的制備方法主要包括機(jī)械剝離法、外延生長(zhǎng)法、氧化石墨還原法、氣相沉積法等，這些制備過(guò)程大都會(huì)產(chǎn)生大量的環(huán)境污染。有石墨烯企業(yè)透露：“每生產(chǎn)一噸石墨烯，需要40～50噸硫酸，120～150噸新鮮水，會(huì)產(chǎn)生大量的廢酸垃圾。”

電學(xué)性能 石墨烯一個(gè)很重要的應(yīng)用方向是電子設(shè)備的觸屏，但是在技術(shù)上還存在一個(gè)很棘手的難題——石墨烯和金屬電極的接觸點(diǎn)電阻。現(xiàn)代電子產(chǎn)品全部是建筑在半導(dǎo)體晶體管之上，而它有一個(gè)關(guān)鍵屬性稱為“帶隙”：電子導(dǎo)電能帶和非導(dǎo)電能帶之間的區(qū)間。

正因?yàn)橛辛诉@個(gè)區(qū)間，電流的流動(dòng)才能有非對(duì)稱性，電路才能有開和關(guān)兩種狀態(tài)。可是，石墨烯的導(dǎo)電性能實(shí)在太好了，它沒(méi)有這個(gè)帶隙，只能開不能關(guān)。目前針對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的研究辦法包括多層復(fù)合材料、添加其他元素、改變結(jié)構(gòu)等等。諾沃肖洛夫等人認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題要真正解決，還要至少十年。

毒性 目前石墨烯最成熟的產(chǎn)品是一種叫“氧化石墨烯納米顆?！钡臇|西，它可以作為電子紙，不過(guò)是有毒的，研究者發(fā)現(xiàn)它在地表水里極易擴(kuò)散，對(duì)環(huán)境存在很大的威脅。

國(guó)內(nèi)有太多借著石墨烯概念炒作的企業(yè)，以至于掩蓋了石墨烯真正應(yīng)該被關(guān)注的研究?jī)r(jià)值，這層泡沫亟待褪去。（編輯/有慶）endprint