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來源：材料人網 近日，華為總裁任正非在深圳接受中國媒體的采訪時表示：“我認為這個時代將來最大的顛覆，是石墨烯時代顛覆硅時代”。再加上此前，國內媒體報道，國內石墨（石墨烯的原料被看做是石墨，其實工業生產中并非如此）有可能會在20年內采集殆盡。這一文一言，讓原本就一直熱炒不退的石墨烯概念再度爆發。那么，石墨烯時代是不是真的？或者說石墨烯時代已經來了？未必！ 石墨烯，一種碳原子組成的單層片狀結構的材料，自2004年英國物理學家發現之后，開始占據全球科學熱點，至今仍未有退燒的跡象（有數據統計，去年全球發表石墨烯的論文達到了1萬篇）。據研究，石墨烯的性能極為優異，諸如最堅硬的納米材料，電阻率極低，導熱系數驚人……由此，科學家們戲稱之為“材料之王”，為它描繪了美好的未來：超級電容器、透明電極、鋰離子電池、傳感器、功能涂料…… 那么，這個“材料之王”，容易制備嗎？ 看起來不難。當年英國兩位科學家是用機械剝離法，也就是把石墨兩面粘上膠帶，然后揭開，如此反復，得到了單層的碳原子結構的石墨烯。 方法很簡單，需要的工具也很簡單。問題在于成功率很低，需要剝離數百次，如果有一次用力過大，就會破壞樣品。材料科研工作就是這樣，做出一個好樣品，得到好數據，然后發文章。但是這個好樣品背后，卻是數以百計、千計的壞樣品，甚至能不能穩定的得到好樣品，都是個問題。 不管怎樣，這種方法實在是不適合工業生產。工業生產中主要使用化學氣相沉積、化學氧化還原法……方法很多，但是迄今也沒有找到能夠大規模制備的方法。 而且，目前所使用的工藝經常使得碳原子破裂或撕裂，無法與實驗室中完美比例的石墨烯相媲美。如果石墨烯存在缺陷的話，性能將會大大削減。例如完美的石墨烯在斷裂前能夠經受100吉帕的壓力，大約相當于1000000倍的大氣壓。但有缺陷的石墨烯的斷裂強度大約只有前者的十萬分之一，性能相對就很普通了。 所以，制備真正具有優良性能的石墨烯，并不是件容易的事。 那市面上所充斥的石墨烯產品又是怎么來的？ 這涉及一個“大石墨烯”概念�！按笫笨煞譃椋菏┪⑵℅raphite）、氧化石墨烯（Graphene Oxide）、石墨烯（Graphene）。實際上，世界上承認的，獲得諾貝爾獎的，是石墨烯。市面上所宣揚生產“石墨烯”的廠家，基本上在混淆這個概念，生產的都不是真正意義上的石墨烯。 歐盟前段時間啟動了”石墨烯“旗艦項目，該項目時長10年，總投入為10億歐元，成為了全球最大的材料科學研究項目。設想一下，如果以國內作坊式的工廠制備出了大規模的墨烯，歐洲人豈不得撞墻？ 還有，”材料之王“真的能顛覆嗎？ 這也未必。 首先，我們并不需要“材料之王”。我們只需要在保證性能的前提下，成本最低的材料。每一種材料，都有自己的優缺點，有自己的適用范圍。換句話說，合適的地方，使用合適的材料。工業應用中，到處都是這樣的例子。 鈦合金強度高密度小，機械性能好，韌性和抗腐蝕性能很好。那么，是不是鋼鐵材料的結構材料老大的地位會被鈦合金取代呢？顯然不會。一款鋼架結構的自行車價格大約300元。而一款鈦合金結構的自行車一般在4萬。誰的銷量更多，結果不言而喻。所以，鈦合金被用在在需要考慮其性能的環境下，例如航天、航空、航海等領域。例如飛機每減重10%，燃油減少消耗4%。這時候，在部分地方使用鈦合金減輕重量，無疑是更劃算的。 材料人網前段時間發表的汽車輕量化材料文章中有介紹，使用全碳纖維車身和底盤的汽車，售價400萬人民幣。它注定只能成為富豪的玩物，而不會開進尋常百姓家。未來，主流汽車將仍然是以鋼鐵材料為主。 如果從性能和成本上來說，每種材料自有其價值和應用范圍，不存在誰顛覆誰。我們常說硅時代取代鐵器時代，但用來做刀劍、工具的仍然是鋼不是硅。硅只是在一個全新的電子器件領域獲得了巨大的成功。所以，即使將來石墨烯發揮了巨大的作用，恐怕也是在一個全新的，其他材料不可替代的領域發揮作用，而不是用來替代現有領域的其他材料。何況，石墨烯顛覆硅有著先天性的缺陷。數字電路的核心是要求要求是能夠開關切換。半導體材料具有帶隙，能夠實現電路的開關。而石墨烯不具備這種性能。 當然，石墨烯的”優良性能“最終能不能化為器件，在某一領域改變人類生活，也是一個未知數。 數十年前，碳六十被發現時，也獲得了像今天石墨烯這般追捧，被寄予了可以改變人類生活的”神器“。不但發現者于1996年獲得諾貝爾化學獎，而且”21世紀是碳的時代“這種說法也始于此。然而，距碳六十被授予諾貝爾化學獎已經近二十年，至今仍看不多它”改變人類生活“的苗頭，反而逐漸淡出人們的視線。碳家族中被追捧過的還有碳納米管。因其柔韌性，可以拉伸并還原，碳納米管被稱作超級纖維，從問世至今也有20多年了，同樣歸于平靜。 而石墨烯，會不會步它的前輩的后塵，或者被另外一種材料所”顛覆“，同樣猶未可知！ |
