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點(diǎn)燃烯望之光，攜手聚力前行
國(guó)內(nèi)的石墨烯技術(shù)占先機(jī)，國(guó)外在爭(zhēng)相的研發(fā)，需要理性去看待
發(fā)布時(shí)間：
2022-07-13
科技的發(fā)展，離不開對(duì)新材料的研究，這是一種新的材料，它的出現(xiàn)和使用，將會(huì)給人類的科技帶來翻天覆地的變化。比如石墨烯，就是一種新的革命性的新型材料，中國(guó)的石墨烯技術(shù)已經(jīng)走在了世界的前列，很多國(guó)家都在研究石墨烯。
國(guó)內(nèi)的石墨烯技術(shù)占先機(jī)，國(guó)外在爭(zhēng)相的研發(fā)，需要理性去看待
科技的發(fā)展，離不開對(duì)新材料的研究，這是一種新的材料，它的出現(xiàn)和使用，將會(huì)給人類的科技帶來翻天覆地的變化。比如石墨烯，就是一種新的革命性的新型材料，中國(guó)的石墨烯技術(shù)已經(jīng)走在了世界的前列，很多國(guó)家都在研究石墨烯。
或許，有些人并不知道石墨烯是什么，也不知道它的研究?jī)r(jià)值。中國(guó)在石墨烯方面的實(shí)力如何?我們應(yīng)該怎樣看待當(dāng)前的研究?
什么是石墨烯?
石墨烯，也叫單層石墨，是一種由單層碳原子在電子軌道上雜化而成的蜂窩狀的二維碳物質(zhì)。同時(shí)，它還是碳納米管和富勒烯的同素異構(gòu)體，在光學(xué)、電學(xué)、機(jī)械等方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。
石墨烯是一種天然的物質(zhì)，它的表面很難被分離出來，它的厚度只有0.335nm，因此很難被人察覺。諾貝爾獎(jiǎng)是由英國(guó)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫于2004年從石墨中分離出來的。
它的價(jià)值是怎樣的?
首先，讓我們來看一下世界各地在科研方面的投資。
自從英國(guó)的兩個(gè)物理學(xué)家在2004年發(fā)現(xiàn)了石墨烯之后，關(guān)于石墨烯的研究就像是一股熱潮，席卷了整個(gè)世界。迄今為止，中國(guó)、美國(guó)、歐盟、日本等國(guó)已經(jīng)在該領(lǐng)域投入了大量資金。
歐盟在2013年宣布了一項(xiàng)耗資10億歐元的“石墨烯旗艦項(xiàng)目”，并制訂了一個(gè)詳盡的10年發(fā)展計(jì)劃，并在2021年投入941億歐元，以啟動(dòng)“歐洲”項(xiàng)目。美國(guó)NSF累計(jì)投入超過十億美元，支持超過1000個(gè)石墨烯技術(shù)項(xiàng)目。日本在石墨烯相關(guān)的項(xiàng)目上已經(jīng)投入了十億日元。中國(guó)科技基金共投資12億，資助了超過2000個(gè)石墨烯相關(guān)的研究課題，涉及400多個(gè)研究機(jī)構(gòu)。
為什么世界各地都對(duì)石墨烯感興趣?
這是因?yàn)槭┦钱?dāng)今最好的新型材料，也是迄今為止所知的最薄、最硬的物質(zhì)，被稱為“黑金”，甚至被科學(xué)家們稱為“新材料之王”。
它具備以下優(yōu)點(diǎn)
1、石墨烯的厚度為0.335納米，等于頭發(fā)的二十萬(wàn)分之一，每平方米的重量為0.77mg，但其強(qiáng)度比鋼鐵要高出200倍。這是一種最輕便、最堅(jiān)固的新型材料，比Kevlar還要好得多。
2、石墨烯具有極佳的光學(xué)特性，僅能吸收2.3%的光線，近乎透明，是一種沒有任何距離的半導(dǎo)體材料。它是透明的、優(yōu)良的導(dǎo)體，是制作透明觸摸屏、光板甚至太陽(yáng)能電池的理想材料。
3、石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，其導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)5300W/m.K，在室溫下其電子遷移率大于15000cm2/v.s，其電阻率低于銅或銀，僅為10~6Ω.cm。由于其具有極快的電子遷移速度和低電阻率，所以可以用于開發(fā)新型的、更薄、更快的電子器件和晶體管，這是未來半導(dǎo)體材料的發(fā)展方向。
綜上所述，石墨烯是所有材料中重量最輕、強(qiáng)度最高的一種，導(dǎo)電、光學(xué)、導(dǎo)熱等特性都非常出色。適用于半導(dǎo)體，新能源電池，顯示屏，感光元件，復(fù)合材料，航空航天，工業(yè)控制，能源存儲(chǔ)和交通等。
也正是因?yàn)槭┥婕暗搅嗽S多高技術(shù)的前沿，才讓世界各國(guó)都在爭(zhēng)先恐后的研發(fā)，掌握了這項(xiàng)技術(shù)的人，將會(huì)獲得更大的優(yōu)勢(shì)。
中國(guó)在石墨烯方面的實(shí)力如何?
石墨烯技術(shù)的研究，是從英國(guó)的曼徹斯特大學(xué)開始的，中國(guó)在這方面的研究，雖然落后于歐美，但在國(guó)際上卻是數(shù)一數(shù)二的。中國(guó)在石墨烯方面，無論從原料到核心技術(shù)，都占據(jù)了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。
1、全球最大的石墨烯原材料產(chǎn)量
石墨是石墨的主要原料，而中國(guó)是世界上最大的石墨產(chǎn)地，它的市場(chǎng)被我們牢牢地掌握著。比如，中國(guó)在2020年生產(chǎn)了650,000噸的石墨，占到了世界范圍內(nèi)的62%，幾乎和過去兩年一樣。
2、中國(guó)在石墨烯領(lǐng)域的專利數(shù)量保持領(lǐng)先地位
根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)在石墨烯專利申請(qǐng)總量的68%左右，其次是美國(guó)，在全球范圍內(nèi)擁有12%的專利申請(qǐng)，與中國(guó)的差距很大。日本、韓國(guó)位列第3、第4，但由于申請(qǐng)專利的比例較低，所以兩者之間的差距并不大。
3、國(guó)內(nèi)技術(shù)始終領(lǐng)先
中國(guó)科學(xué)院重慶研究所在2013年通過化學(xué)汽相沉積法，研制出了我國(guó)第一塊厚度為15寸的單層石墨烯;
中科院在電阻式觸摸屏上成功地采用了石墨烯透明電極，2015年，重慶推出了世界第一款石墨烯柔性屏幕手機(jī);2016年，重慶高交會(huì)，中國(guó)第一款石墨烯柔性屏幕手機(jī)亮相。
2017全球石墨烯創(chuàng)新論壇于中國(guó)常州拉開帷幕，標(biāo)志著中國(guó)石墨烯領(lǐng)域正處于領(lǐng)先地位。
在2018年，美國(guó)人利用石墨烯制作了一種特別的涂料，將飛機(jī)引擎的葉片的使用壽命提高了三倍以上。
中國(guó)首個(gè)采用貝殼結(jié)構(gòu)的石墨烯技術(shù)于2019年在上海寶山新材料創(chuàng)新園區(qū)內(nèi)誕生，采用微納堆疊粉末冶金技術(shù)，研制出了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的烯烴鋁合金材料。這一技術(shù)在全球范圍內(nèi)掀起了軒然大波，尤其是在全球范圍內(nèi)，烯碳鋁合金也開始大規(guī)模生產(chǎn)了。
2020年，中國(guó)科學(xué)院成功研發(fā)出世界上第一塊8吋的石墨烯芯片，這也是中國(guó)在石墨烯領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
正是因?yàn)槿绱?，中?guó)的石墨烯技術(shù)，才會(huì)在全球領(lǐng)先，永遠(yuǎn)處于領(lǐng)先地位。
我們應(yīng)該怎樣看待當(dāng)前的研究
盡管國(guó)內(nèi)的石墨烯技術(shù)已經(jīng)走在世界前列，全世界都在爭(zhēng)相研究。不過，這種技術(shù)還在起步階段，消費(fèi)者還是要理智一些，不要上當(dāng)。
今年一月十六日，歐陽(yáng)高明院士就在網(wǎng)上發(fā)表了自己的看法：“一輛新能源汽車，可以在幾分鐘內(nèi)行駛一千公里，而且還能保證安全，這絕對(duì)是一個(gè)騙局。”
這是怎么回事?為什么科學(xué)院的人會(huì)這么說?這并不是什么難事，因?yàn)橹挥惺┻@樣的新型材料，才能實(shí)現(xiàn)快速充電和長(zhǎng)時(shí)間的續(xù)航能力。然而，目前石墨烯技術(shù)還處于世界上的初級(jí)階段，其生產(chǎn)工藝并不像人們所想的那樣成熟。
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)石墨烯技術(shù)的研究已經(jīng)取得了較多的進(jìn)展，而隨著大規(guī)模生產(chǎn)和大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)的突破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也在不斷加速。不過，要真正投入市場(chǎng)還需要一段時(shí)間，最有希望在5~10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商用的手機(jī)、航天、新能源電池等領(lǐng)域。
這是因?yàn)槭┑闹谱魈^困難。
第一，石墨烯是一種新興的材料，它所處的行業(yè)屬于“科技+資金密集”的行業(yè)。所以，在技術(shù)研發(fā)與市場(chǎng)推廣方面，必須進(jìn)行大量的資金投資。
第二個(gè)難點(diǎn)，是石墨烯的產(chǎn)量和大小，以現(xiàn)有的技術(shù)，想要批量生產(chǎn)出一層石墨烯，還是有些困難。市面上的石墨烯，大部分都是由多層的復(fù)合結(jié)構(gòu)組成，并不能完全發(fā)揮出石墨烯的優(yōu)點(diǎn)。因此，石墨烯技術(shù)雖然已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展，但想要實(shí)現(xiàn)它，還需要一段時(shí)間。當(dāng)你看到那些銷售“石墨烯”的高科技產(chǎn)品的時(shí)候，一定要小心，這很有可能是一種非石墨烯技術(shù)，也可能是一種混合了石墨烯的復(fù)合材料。
當(dāng)然，石墨烯是一種具有革命性的未來物質(zhì)，它是值得我們期待的。更何況，華夏已經(jīng)掌握了主動(dòng)權(quán)，希望能繼續(xù)保持在這個(gè)位置上。
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