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万能的石墨烯为何在中国成了弥天大谎?

发表时间:2016-01-28   浏览次数:
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作为一种让发现者获得诺贝尔奖的"新材料之王",在国内企业频频推出"革命性产品"的同时,为何被业内一致指责为弥天大谎?

 

  临近年关,李义春愈发显得匆忙——一个多月内,他的行程遍及安徽宿州、山东德州、四川德阳、河北唐山以及北京、上海、重庆等地。

  作为“中国石墨烯产业技术创新战略联盟”秘书长,他几乎每天都要去全国各地调研或参加各种论坛,与当地政府或科研学校合作共建石墨烯产业区,试图让石墨烯产业在全国遍地开花。

  与略显低调的秘书长相比,另一些新闻则相当高调:先是2015年11月26日,“华为Mate8”在微博有意无意称发布会亮点是“采用全新的石墨烯电池”;然后是12月底,中科院上海硅酸盐所宣称可用作电动车的“石墨烯超强电池”面世——充电只需7秒钟,即可续航35公里;而最新消息是青岛一家研究院在1月19日宣称研发出国际领先的石墨烯锂电子电容器。

  “以上种种都只是在说明,石墨烯已成最热炒的产业话题。”一位观察人士对记者说,从2004年被发现,到2010年发现者被授予诺贝尔奖,石墨烯一直不温不火,最近一年来却在种种“万能革命材料”的口号声中走上神坛,成为众多地方政府、科研院校、企业乃至资本市场最为热衷涉足的淘金产业。

  “淘金热”背后,是越来越多对石墨烯应用的质疑之声:充电7秒电动车续航35公里、“充电5分钟通话十小时”是真是假?这种看上去应用几乎所向披靡的万能新材料,带来的是革命性颠覆还是“画饼充饥”?而这个看似光明的产业前景,又何时能真正兑现?

  “世界领先石墨烯”的背后

  如果不是和石墨烯扯上关系,“华为Mate8”肯定不会引起如此大的争议。

  2015年11月26日,华为发布Mate8前,新浪微博“华为Mate8”发布了这样一条预告——华为Mate8将使用全新的石墨烯电池。

  “这让我很震惊。”作为石墨烯研究爱好者,钟楚明注意到在网络上流传的文案中,这几乎是一款革命性产品:

  3000毫安的电池5分钟即可充电至48%。这是中国乃至全球规模最大的一次石墨烯商用行动……电池革命也许确实面临临界点了。”

  如果消息属实,这将是石墨烯首次以工业化产品方式华丽亮相。在钟楚明的印象中,被誉为“新材料之王”的石墨烯受到了华为的极大重视。2015年10月23日,就在国家主席习近平参观英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院当天,华为对外宣布与曼彻斯特大学进行共同开发ICT(信息、通信、技术)领域的合作研究,研究如何将石墨烯应用于消费电子产品和移动通信设备。

  而更早之前在日本举行的一次研讨会上,华为表示石墨烯相关技术即将商用;华为公司创始人任正非,此前亦多次谈到石墨烯,认为“这个时代将来最大的颠覆是石墨烯时代将颠覆硅时代”,且未来10年至20年内将爆发一场技术革命。

  因此外界对华为Mate8抱着极大希望,遗憾的是,在正式发布会中,华为并未提到直接使用石墨烯材料,这也让外界质疑“华为Mate8”与石墨烯扯上关系是炒作。

  2015年12月18日,新华社的报道再次让人们震惊,中科院上海硅酸盐所已研制出一种高性能超级电容器电极材料——氮掺杂有序介孔石墨烯。该材料具有极佳的电化学储能特性,可用作电动车的“超强电池”:充电只需7秒钟,即可续航35公里。相关研究成果已发表在世界顶级期刊《科学》上。

  目前,电动汽车充一次电大约可跑300公里,但充一次电需花2个小时——“石墨烯超强电池”带来怎样的革命,人们难以想象。

  不过,随后也有人发现,《科学》杂志上刊登的那篇论文没有提到石墨烯,而是碳材料,且超级电容器被称为“电池”不妥。

  这同样不能放慢其他企业或研究所研制出“世界领先石墨烯”的脚步:1月18日,青岛市储能产业技术研究院宣称成功研发出石墨烯锂电池电容器,专家鉴定总体达到国际先进水平。

  对普通大众而言,在过去一年之中,也从网络上看到了诸多令人眼花的石墨烯介绍:作为目前发现最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种万能材料,石墨烯“充电速度为普通电池的1000倍”、“充电十分钟能跑1000公里”、“充电5分钟,可通话10小时”……等等,足矣颠覆所有传统。

  彻底改变21世纪的新材料之王

  通常情况下,胶带不会被看作是一种具有科学突破性的进展。但是在2004年,当英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖罗夫(Konstantin Novoselov)在《科学》杂志发表了他们的研究成果——即用透明胶带从一块石墨烯上剥落碳原子的单原子薄片,这一研究缓缓拉开了材料学革命的序幕。

  石墨烯来源及用途

  石墨烯由此打开二维材料新视野。某种意义上,二维材料并不是全新技术,研究人员自上世纪60年代就利用分子数外延机器开发出原子形态的薄片材料。

  中国上海复旦大学凝聚态物理学家张远波说:“石墨烯有所不同,它更像一本书中的纸页。”

  外界鲜为人知的是,就在盖姆发表那篇著名论文同时期的《自然》杂志上,也发表了张远波与合作者的一篇关于石墨烯的文章,但是2010年的诺贝尔物理学奖并未青睐后者。这在当时,被看做国内学者距离诺贝尔最近的一次。

  11年来,石墨烯相关领域的研究成果呈指数增长,2014年,全球研究人员发表的关于石墨烯的研究成果超过1.5万项。全球已有超过200个机构和1000多名研究人员从事石墨烯技术的开发和研究,其中不乏三星、IBM等科技巨头。仅仅在过去5年,开发者和制造商已经申请了1.3万项石墨烯方面的技术专利,其中,中国申请的专利数量最多,超过2200项,占全世界的三分之一。

  这种现象很合乎情理:由于是最薄、最轻、最强韧、导电导热性最好的纳米材料,石墨烯一经问世便被公认为21世纪最有前途的新材料,可广泛应用于微电子、物理、能源材料、化学、生物医药、航空航天、环保等领域。

  比如,在制造工艺中加入石墨烯后,智能手机的触摸屏或将更薄、更轻,同时又最不易碎;手机充电或许只要几秒钟;计算机处理器的运转速度或将提高数百倍等等。

  2011年,IBM沃森研究中心科学家在《Science》上发文宣布,他们成功研制出了首款由石墨烯圆片制成的集成电路,这一成果被评为了2011年全球十大科学新闻之一,它标志着石墨烯在计算机芯片上的应用前进了一大步。原因在于,这种芯片或许可以使手机能在通常认为无法接收信号的地方工作。

  “过去我们曾100%地依赖石油,而现在通过混合石墨烯,人类对石油的依赖度可能会降低到原来的50%。”位于加拿大的Grafoid创始人 Gordon Chiu认为,石墨烯甚至可能在制造过程中取代某些金属和其他自然资源,“石墨烯有能力从根本上影响我们作为地球物种的生活方式和先进性。”

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