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        石墨烯材料新時代正在興起

        2018/09/29 09:59
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        在當今的中國與世界,關于石墨烯可能引發的材料革命乃至新技術革命討論非常熱烈。最近,我到北京、上海、廣州、深圳、江蘇、浙江、黑龍江、山東、陜西和中科院、清華大學等地方和研究機構對石墨烯進行了調研。石墨烯具有非常大的發展潛力和應用前景,我們必須統籌規劃,精心布局,緊緊抓住石墨烯研發和產業化所帶來的重大發展機遇,努力掌握未來科技競爭的制高點。
          正在興起的石墨烯材料新時代
          石墨烯的發現雖然僅10年左右,卻引發了席卷全球的一波又一波的研究開發浪潮。石墨烯是一種由碳原子緊密堆積而成的二維晶體,具有神奇的電子傳輸、導電、導熱和機械等特征。2004年英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈海姆和康斯坦丁&dot;諾沃肖洛夫,在實驗室成功地從石墨中剝離出了石墨烯,證明了石墨烯可以單獨存在,因此榮獲2010年諾貝爾物理學獎,從而掀起了石墨烯制備、改性和應用的全球研究熱潮。將石墨烯用于超級電容器、透明電極、鋰離子電池、傳感器、功能涂料和聚合物納米復合材料等方面的應用前景,開辟了石墨烯材料的新時代。
          正如有學者所言,19世紀是鐵器的時代,20世紀是硅的時代,21世紀是碳的時代。碳是自然界分布最普遍的元素之一,是構成地球上一切生命體最重要的元素。碳材料的特性幾乎涵蓋地球上所有物質的性質。先進碳材料具有新型結構和優異的物理化學性能,是對未來發展具有重大和決定意義的新材料。
          新材料產業作為戰略性新興產業的重點之一,也是未來高新技術產業發展的基石和先導,是我國成為世界制造業強國的重要基礎。石墨烯作為先進碳材料,它是當今發現的世界上最優質的材料。它有以下特點:最薄,0.35nm,被稱為現今世界最薄的材料;比表面積最大,2620m2/g;最硬,剛度優于金剛石,是人類已知強度最高的物質,比鋼鐵硬100倍;最抗拉,可彈性拉伸20%;熱導率最高,5300W/m.k;最高遷移率200,000cm2/v.s@300k;高透光性,透光率為97.7%/單層;高載流能力:電流密度比銅高6個數量級;最奇特的是,石墨烯是二維量子材料,線性能帶色散關系,載流子有效質量為零,能在溫室下觀察到量子霍爾效應;還具有室溫彈道輸運特性。
          石墨烯具有超薄、超輕、超高強度、超強導電性、優異的室溫導熱和透光性,幾乎完全透明,結構穩定,應用非常廣泛,發展前景巨大,是推動戰略高技術發展的關鍵材料。
          石墨烯具有無限廣闊的應用前景,雖然現在還是潛在階段,普遍應用與產業化還沒有打開局面,但是從科學預測的角度來看,已經成為不可忽視的重點領域。比如,它可替代和解決傳統鋰電池充電速度慢、蓄電能力差、壽命短、污染等弊端,可解決電動汽車發展的關鍵難題,使新能源電動汽車蓬勃發展。再比如可以替代硅,制造未來新一代超級計算機;替代ITO透明導電薄膜,應用于觸摸屏、柔性顯示、太陽能電池等電子工業領域;還可應用于海水淡化、可降解塑料、散熱膜、防腐涂層、生物材料、復合材料、平板電腦、手表日歷、移動電話、光電探測器、石墨烯紙、石墨烯布以及航天軍工、超輕防彈衣、超薄超輕飛機、超薄折疊手機、甚至有想象力的天空電梯等。石墨烯創造的需求,極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革命。從全球發展趨勢來看,誰都不愿意喪失石墨烯發展帶來的重大機遇。

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