“秒充”离我们还有多远？走近神奇材料石墨烯

手机充电仅需几秒?手机屏幕能折叠弯曲?……这些或许都将因为有“21世纪神奇材料”之称的石墨烯面世而成为可能。

当今，全球经济增长乏力，各国都在谋求新一轮的科技和产业升级突破。中国是石墨资源大国，也是石墨烯研究和应用开发最活跃的国家之一，我国科学家和产业人士正将目光聚焦在它身上。

石墨烯到底有多神奇?会否给生产生活领域带来“颠覆性”变化?今天，让我们走近石墨烯一探究竟。

石墨烯：神奇的“新材料之王”

石墨烯的发现者之一、2010年诺贝尔物理学奖得主安德烈·海姆这样描述：“石墨烯对很多人来说就像爱丽丝仙境一样，非常神奇”。

这种神奇物质，到底是什么?

石墨烯，实际就是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。铅笔芯用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起。

“它是迄今为止自然界最薄、强度最高的材料，可以被无限拉伸，弯曲到很大角度不断裂，还可以抵抗很高的压力。”日前应邀来华参会的安德烈·海姆说，石墨烯还有着非同寻常的导热性和导电性。

“石墨烯导电率高，化学结构又十分稳定，是一种用于移动电池、电源很理想的电极材料。”中国科学院院士、中国科学院金属研究所研究员成会明表示，石墨烯可以和电子元件、电子设备进一步相结合使用，以此增强其它储电设备的储电率。

石墨烯另一个奇特之处在于“零渗透”--所有气体、液体都无法渗透。这也使得石墨烯产品有了“针插不进、水泼不进”的本事。

“给船体涂上石墨烯涂层，海水中重金属离子等就无法穿透这层薄膜去腐蚀船体。”青岛赛瑞达电子装备股份有限公司董事长宋立禄接受记者采访时说。

让人感到惊奇的还远不止这些。石墨烯具有超强吸附性，科学家正在研究用它做过滤装置，用于海水淡化、污水处理等领域;它又几乎是完全透明的，具有非常好的透光性，适合作为透明电子产品原料。

在当前新一轮产业升级和科技革命大背景下，以石墨烯为代表的新材料产业有望成为未来高新产业发展的先导。令人振奋的是，刚刚公布的“十三五”规划建议已明确提出将加快突破新材料等领域的核心技术。

石墨烯正从实验室走近人们生活

“新材料未来需求巨大。比如纳米型新材料石墨烯的应用，在危险化学品类火灾中不能用水去灭，但如果用石墨烯薄膜打过去就可以了。而使用石墨烯材料，手机未来可能薄到跟酒店房卡差不多。”清华大学经济管理学院教授魏杰在解读“十三五”规划建议提到新材料产业时说。

日前在青岛举办的2015中国国际石墨烯创新大会上，石墨烯理疗、保暖产品、LED用高导热石墨烯复合材料、石墨烯防弹材料、石墨烯电热服装等20余种石墨烯产品已经全新推出。

“利用石墨烯特性，研发新型防弹衣，防弹插板只需17毫米就能达到甚至超过传统产品的防弹效果，重量还可减轻20%。”青岛华高墨烯科技有限公司董事长施建新说，目前这款防弹衣已与3家使用单位签约。

一直以来，智能手机的续航能力始终是最大短板。宋立禄告诉记者，他们研发的石墨烯新型锂电子电池，充电时间大大缩短，手机几分钟就能完成充电。

不久前，华为宣布与英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院合作，研究如何将石墨烯领域的突破性成果应用于消费电子产品和移动通信设备。可以预想，手机将继功能机向智能机变革之后，再发生新“革命”——石墨烯的特性未来将使显示屏超薄、超轻，实现可卷曲的柔性显示。

目前，被业界誉为“东方碳谷”之称的江苏常州，已拥有石墨烯产业技术研发和企业孵化的服务平台;中科院重庆绿色智能技术研究院也成功制备出15英寸单层石墨烯手机显示屏;高铁内饰材料中已开始使用石墨烯……石墨烯技术正在悄然影响着生产生活等领域。

石墨烯时代真正到来还需时日

工业与信息化部原材料工业司司长周长益说，当前我国经济处于新旧动能转换的接合期，原材料工业也到了转型发展的关键时期。

“近年来结构材料、石墨烯等前沿新材料均实现了快速增长。这些材料目前总量较小，但其发展加快了原材料工业关键材料转型升级的步伐。”他说。

据统计，我国石墨矿储量占到世界总储量的75%，生产量约占世界总产量70%，具备发展石墨烯产业的资源基础。截至目前，我国石墨烯企业已超过百家，并在常州、无锡、青岛、深圳等地形成产业集群。

不过，也有不少科研人员指出，石墨烯作为一种新材料，要真正走向市场，过程“前景光明，道路曲折”。

首要困难是受限于材料生产。中科院院士、北京大学教授刘忠范说，要实现石墨烯商业化，需要生产出低成本、高品质的石墨烯成品。“但制出这种石墨烯并非易事。技术层面上还有很多挑战，批量化或大尺寸生产都还没能克服。”

中国科学院山西煤炭化学研究所副研究员、石墨烯课题组长陈成猛指出，我国石墨烯产业发展目前还存在生产成本高、产品品质待提升、上下游互动不够等问题。

记者采访中也发现，尽管目前国内石墨烯市场火热但鱼龙混杂，有的企业甚至直接将石墨当作石墨烯来宣传、销售。

“目前石墨烯行业缺乏国家标准、行业标准和企业标准。对石墨烯的质量、制备工艺、检测设备和方法等，都没有科学统一的说法。”施建新说。

专家认为，石墨烯产业必须要避免当年纳米技术那样一哄而上的局面，需要整个资源进行创新布局，形成聚合效应。

“产业发展有其自身规律，目前石墨烯产业还处于初级应用阶段，还在量变过程中，大家应该保有耐心，培育、呵护这种新兴产业健康、可持续发展。”青岛高新区节能技术与新材料事业部部长张志强说。