（新華全媒頭條）橫空出世 “烯”望無限－－探秘“神奇材料”石墨烯

　　新華網(wǎng)北京12月11日電 從被比喻為最接近科幻名作《三體》“二向箔”的神秘物質(zhì)，到被預(yù)言能改變21世紀(jì)的“神奇材料”，石墨烯正從實驗室走進(jìn)百姓生活。現(xiàn)在，它又將站在“風(fēng)口”上，迎來發(fā)展的“春天”：中國“十三五”規(guī)劃建議明確提出將加快突破新材料等領(lǐng)域核心技術(shù)。工信部等部委也于近日聯(lián)合發(fā)文，提出要將石墨烯產(chǎn)業(yè)打造成先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

　　這一“橫空出世”的新材料到底神奇在哪里？能給我們的生活帶來怎樣的變化？何時才能迎來屬于它的大時代？新華社記者帶著這些思考，深入基層，揭開石墨烯的神秘面紗。

　　石墨烯為何方神圣？

　　11月20日，工信部、國家發(fā)改委和科技部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》，提出將石墨烯產(chǎn)業(yè)打造成先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，逐漸實現(xiàn)石墨烯材料在部分工業(yè)產(chǎn)品和民生消費品上的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。并提出到2020年，形成完善的石墨烯產(chǎn)業(yè)體系。

　　備受重視，身負(fù)使命的石墨烯，到底是何方神圣？

　　石墨烯，實際就是從石墨中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。鉛筆芯用的石墨就相當(dāng)于無數(shù)層石墨烯疊在一起。

　　聽起來稀松平常的石墨烯，卻有諸多獨一無二的特性。通俗來說，目前自然界中，這東西最薄、最結(jié)實，導(dǎo)電性極好，在工業(yè)領(lǐng)域中幾乎無所不能。

　　石墨烯有多??？厚度僅為普通紙張的十萬分之一。記者在常州江南石墨烯研究院看到，在展示時，石墨烯片只能附著在塑料薄膜上，覆蓋處的顏色明顯深一些。

　　石墨烯的發(fā)現(xiàn)者、2010年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者安德烈·海姆這樣描述石墨烯：可以被無限拉伸，彎曲到很大角度不斷裂，可以抵抗很高的壓力，同時還有著非同尋常的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。

　　“石墨烯電阻率極低，電子能在其中極為高效地移動，這使得石墨烯有非常好的導(dǎo)電性?！敝袊茖W(xué)院院士、中國科學(xué)院金屬研究所研究員成會明說，如果將石墨烯與電子元件、電子設(shè)備進(jìn)一步結(jié)合使用，可以增強(qiáng)儲電設(shè)備的儲電率，提高儲電性能。

　　雖然只有一個原子的厚度，但石墨烯卻是非常強(qiáng)韌的材料。通俗地講，它強(qiáng)過鉆石，“秒殺”鋼鐵。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20％。如果用一個平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克，可以承受1公斤的重物。

　　石墨烯還具有“針插不進(jìn)、水潑不進(jìn)”的零滲透特性。如果給船體涂上石墨烯涂層，就好像穿上防腐“鎧甲”；如果發(fā)生化學(xué)品火災(zāi)，一張石墨烯薄膜可以把火滅掉。

　　石墨烯的驚奇之處還遠(yuǎn)不止此。1克重的石墨烯展開后面積為2630平方米！“這么大的比表面積（物理用詞：1克固體擁有的總表面積）使其擁有超強(qiáng)的吸附性，我們正在研究用它做過濾裝置，用于海水淡化、污水處理等領(lǐng)域?！鼻鄭u賽瑞達(dá)電子裝備股份有限公司董事長宋立祿接受記者采訪時說。

　　為了研究石墨烯，科學(xué)家們歷經(jīng)艱辛。當(dāng)初在實驗室獲得的石墨烯片價值超過最珍貴的鉆石?！?00平方納米的石墨烯，就要幾千歐元，肉眼都看不見?！苯鲜┭芯吭焊痹洪L董國材說，經(jīng)過不斷探索，制備石墨烯的新方法層出不窮，工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯已經(jīng)成功。

　　現(xiàn)在，江蘇常州已有一個國家級的石墨烯產(chǎn)業(yè)基地，聚集著50多家企業(yè)，這里的石墨烯技術(shù)具備國際一流水平。石墨烯成本價也因批量生產(chǎn)大大降了下來，目前1平方米石墨烯片價格在300元左右。

　　與生產(chǎn)生活接軌，“烯”望無限

　　隨著科研發(fā)展，目前，石墨烯系列產(chǎn)品開始走入百姓生活。不久前在青島舉辦的2015中國國際石墨烯創(chuàng)新大會上，石墨烯理療、保暖產(chǎn)品、ＬＥＤ用高導(dǎo)熱石墨烯復(fù)合材料、石墨烯防彈材料等20余種石墨烯產(chǎn)品全新推出。

　　青島華高墨烯科技有限公司董事長施建新向記者介紹，利用石墨烯特性研發(fā)的新型防彈衣，防彈插板只需17毫米就能達(dá)到甚至超過傳統(tǒng)產(chǎn)品的防彈效果，重量還可減輕20％。

　　“利用石墨烯良好的導(dǎo)電性、散熱性和材質(zhì)堅固性，我們研發(fā)了石墨烯導(dǎo)靜電輪胎，目前主要用于特種車輛和裝有易燃易爆等危險品的車輛?！笔┙ㄐ抡f，導(dǎo)靜電輪胎可以避免普通輪胎與地面摩擦產(chǎn)生的靜電，從而避免裝有易爆品等危險品的車輛發(fā)生爆炸。

　　在石墨烯的諸多應(yīng)用中，最受普通大眾關(guān)注和期待的，是它改變手機(jī)等電子設(shè)備產(chǎn)品功能的可能性。

　　智能手機(jī)剛出現(xiàn)的時候，長時間通話、玩游戲，手機(jī)就會發(fā)燙。如今這一問題基本解決－－因為石墨烯材料極好的導(dǎo)熱性得到了應(yīng)用。常州市碳元科技公司近年來生產(chǎn)出石墨烯導(dǎo)熱材料，迅速被應(yīng)用在智能手機(jī)上，成為小米等手機(jī)的大客戶。公司銷售額在3年內(nèi)從600萬元“爆發(fā)式”增至2億元以上。

　　智能手機(jī)觸控屏的性能提升將直觀地改善用戶操作體驗。上個月，常州二維碳素科技公司推出了全球首款石墨烯壓力觸控傳感器，這一技術(shù)應(yīng)用于智能移動終端電子產(chǎn)品上，可實現(xiàn)多級按壓感應(yīng)、輕按、輕擊、指甲敲擊、殼體振動等多項功能。二維碳素科技公司周振義副總裁表示，這一技術(shù)充分利用了石墨烯高柔韌性、高靈敏度性等特點，改變了石墨烯一度只是簡單替代傳統(tǒng)材料的局面，為軟硬件設(shè)計提供了充分想象空間。

　　值得一提的是，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院已成功制備出國內(nèi)首片15英寸單層石墨烯觸摸屏，并正在開發(fā)系列基于石墨烯的柔性傳感器件。今后手機(jī)、電腦的顯示屏將超薄、超輕，可彎曲。

　　石墨烯另一個備受期待的貢獻(xiàn)就是改進(jìn)鋰電池性能。成會明說，簡單講，在鋰電池中加入石墨烯復(fù)合導(dǎo)電粉末，充電更快、容量更大、壽命更長。這有望讓手機(jī)“秒沖”、電動汽車告別幾小時充電成為現(xiàn)實。

　　被科學(xué)家預(yù)言將“徹底改變21世紀(jì)”的石墨烯，還有什么令人期待？

　　根據(jù)此次三部門印發(fā)的《意見》，未來，石墨烯將在航空航天、武器裝備、重大基礎(chǔ)設(shè)施，以及新能源、新能源汽車、節(jié)能環(huán)保、電子信息等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。而石墨烯薄膜、石墨烯功能纖維的穿戴產(chǎn)品的開發(fā)，也讓這一新材料更好地服務(wù)民生。

　　發(fā)展路線漸明 石墨烯時代還有多遠(yuǎn)？

　　目前，石墨烯產(chǎn)業(yè)已被納入國家戰(zhàn)略布局。《中國制造2025》選擇10大優(yōu)勢和戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)重點突破，在首個重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖中，石墨烯材料成為前沿新材料的四大重點之一?！笆濉毙履茉雌囍攸c專項，也將石墨烯等新材料列為重點發(fā)展領(lǐng)域。

　　值得關(guān)注的是，中國本身就有生產(chǎn)石墨烯的獨特優(yōu)勢。據(jù)統(tǒng)計，我國石墨礦儲量占到世界總儲量的75％，生產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量70％。目前，我國石墨烯企業(yè)已超過百家，并在常州、無錫、青島、深圳等地形成產(chǎn)業(yè)集群。

　　業(yè)界普遍認(rèn)為，經(jīng)過自主系統(tǒng)研發(fā)，生產(chǎn)技術(shù)、工藝裝備和產(chǎn)品質(zhì)量取得重大突破，我國石墨烯材料在儲能器件、改性材料、智能穿戴等產(chǎn)品上的應(yīng)用效果逐步顯現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)化步伐明顯加快。我國石墨烯材料正處于從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵時期。

　　把石墨烯產(chǎn)業(yè)打造成先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，國家政策指明了石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路線。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，政策利好不斷釋放，石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將真正迎來春天?！?015年是我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展元年”，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長李義春說。

　　前景美好，“烯”望無限，但不得不承認(rèn)，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍有諸多短板亟待補(bǔ)齊。

　　中科院院士、北京大學(xué)教授劉忠范說，要實現(xiàn)石墨烯的“明星”應(yīng)用，需要生產(chǎn)出低成本、高品質(zhì)的石墨烯成品?！暗珮I(yè)內(nèi)人都知道，要制出這種石墨烯并非易事。我們在技術(shù)層面還有很多挑戰(zhàn)，批量化或大尺寸生產(chǎn)都還沒能克服”。

　　一些業(yè)內(nèi)人士指出，歐盟在2013年初對石墨烯作為“未來新興旗艦技術(shù)項目”給予10億歐元的資助，這是歐盟歷史上最大的投資。而我們的投資力度還較弱，目前據(jù)公開資料還暫無政府性的石墨烯專項投資。即使是企業(yè)類投資，最大的一筆也不過5億元。

　　而且，我國的石墨烯高端專業(yè)研發(fā)人才缺乏，研究力量也較為分散，亟須建立一條完整的石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈，優(yōu)化研究和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)環(huán)境，強(qiáng)化分工合作共同對石墨烯的應(yīng)用市場進(jìn)行培育與開拓。

　　此外，雖然石墨烯研究應(yīng)用發(fā)展迅猛，但石墨烯的研究單位和企業(yè)在石墨烯的定義、性能、制備方法等行業(yè)技術(shù)核心問題上尚未形成共識，石墨烯標(biāo)準(zhǔn)尚需進(jìn)一步規(guī)范。

　　青島高新區(qū)節(jié)能技術(shù)與新材料事業(yè)部部長張志強(qiáng)等表示，石墨烯產(chǎn)業(yè)必須避免當(dāng)年納米技術(shù)那樣一哄而上的局面，需要整個資源進(jìn)行創(chuàng)新布局，形成聚合效應(yīng)。

　　施建新等業(yè)內(nèi)人士也認(rèn)為，國家應(yīng)抬高石墨烯企業(yè)的準(zhǔn)入門檻。治理、關(guān)停一批規(guī)模小、技術(shù)落后、污染嚴(yán)重的企業(yè)，將優(yōu)質(zhì)石墨烯資源配置給有實力、有技術(shù)、有社會責(zé)任的企業(yè)，做大做強(qiáng)高科技龍頭企業(yè)集團(tuán)。

　　看來，石墨烯大時代的到來，除了期待還需努力！（記者張旭東、于佳欣、任瑋、李放、許晟、朱國亮）