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而继晶体硅之后 石墨稀有可能在21世纪引领下一场新材料革命

2016-02-12 16:33 性质:转载 来源:新鲜事网
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新材料技术是科技行业发展的重要推动力,如果提到上一场新材料革命无疑是晶体硅,它被认为是20世纪材料领域最伟大的发明之一,它的出现...

  新材料技术是科技行业发展的重要推动力,如果提到上一场新材料革命无疑是晶体硅,它被认为是20世纪材料领域最伟大的发明之一,它的出现将整个电子行业带入了微电子时代,使得微型集成电路技术在计算机、手机等各种消费电子产品,以及汽车、工控、航天、医疗等专业电子设备中得到了广泛应用。

  石墨稀是在近几年才受到追捧,几年前,它还被认为是假设性的结构。直到2004年英国曼彻斯特大学的两位科学家在实验室成功制备出石墨烯,才证实了它的存在。2010年,这两位科学家因此获得了当年的诺贝尔物理学奖,石墨稀才开始在科学界掀起巨大的波澜,相继获得“新材料之王”、“万能材料”、“21世纪的神奇材料”、“上帝的材料”等等称号。

  那么,听上去这么牛叉的石墨稀究竟是什么?

  根据官方解释,石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料,是碳的二维结构,是一种“超级材料”,硬度超过钻石,同时又像橡胶一样可以伸展。它的导电和导热性能超过任何铜线,重量几乎为零。

  石墨晶体薄膜的厚度只有0.335纳米,把20万片薄膜叠加到一起,也只有一根头发丝那么厚。石墨烯的发现在纳米科技上是有跨时代意义的。石墨烯在新型材料、太阳能电池、传感器、纳米电子学、复合材料、场发射材料及能量存储等领域具有广泛的应用。

  简单来说,它是一种由碳原子构成的单层片状结构的材料,是世界上已知最薄、最坚硬的纳米材料,具有出色的韧性、导电性及导热性。在电子产业中它可以被广泛应用于半导体、传感器、触摸屏、电池等,而这当中最受追捧的应用是石墨稀电池。

  电池技术是目前移动设备最大的瓶颈之一,普通的锂电池在电池容量、电能密度、充电速度、柔软性等方面都难以突破。而石墨烯作为目前全球最薄、最坚硬、导电性最好的纳米材料,其电池功率密度比普通锂电池高100倍,能量储存密度比传统的超级电容还要高30倍,有望让智能手机、可穿戴设备及电动汽车等一系列科技产品在电池技术上有重大突破。

  在中国科技企业里,华为是比较看好石墨稀电池的厂商之一,任正非曾多次公开表示,“这个时代最大的颠覆将是石墨烯时代颠覆硅时代,并且这场技术革命将会在未来10年至20年内爆发”。为了提前卡位,华为已经与曼彻斯特大学合作,共同研发应用于消费电子产品的石墨烯技术。

  前不久,这家公司已经在日本展示了运用石墨稀电池特性的快充技术,5分钟即可将3000mAh电池电量充至48%。另外,据华为内部人士透露,公司将有可能在2016年下半年推出搭载石墨稀电池的智能手机。

  与此同时,其它厂商也在纷纷跟进,特别是资本市场已经表现出了巨大的热情。有数据显示,目前国内石墨烯企业已超过100家,其中A股市场就至少有25家涉足石墨烯概念的上市公司。

  而国外的一些厂商及研究人员也在积极研发石墨稀电池技术。早在2014年,西班牙Graphenano公司(全球第一家以工业规模生产石墨烯的公司)就与西班牙科尔瓦多大学合作研究出了首例石墨烯聚合材料电池,该电池技术号称只需8分钟就能够将电动汽车充满电。前段时间,韩国光州科学技术院的研究人员还研发了一项新型石墨烯电池技术,这种新型电池可将电动汽车的充电时间缩短至16秒,并且不影响能量密度。

  不过,以上所说的这些技术和数据都还处在实验室阶段,石墨稀电池技术要得到广泛的应用,还需要解决一个最大的难题——量产。

  尽管曼彻斯特大学的科学家们早在2004年就提取出了石墨烯,但他们是直接从石墨中剥离出来的,这种最原始的方法不可能用于大规模的工业生产。目前提取石墨稀的方法有很多,比如化学气相沉积法(CVD)、溶剂剥离法、液相氧化还原法等等,但这些方法在质量、成本、产率等方面都或多或少有些缺陷,并不适合大规模地提取石墨稀。

  由于还没有找到真正量产化的提取技术,使得石墨稀的成本一直居高不下,价格是黄金的10倍。因此有人质疑目前资本市场对石墨稀的追捧完全是在炒作,甚至认为“石墨烯电池”这个技术接近于不存在。

  不过,任何新材料从发现到大规模应用都需要时间,随着产业化进程的加快,以及各大厂商的陆续跟进,石墨稀技术也将从概念变为现实。

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