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我國(guó)突破石墨烯技術(shù) 有望秒充電池造超級(jí)裝甲

　　網(wǎng)易特種訊(仝賀)石墨烯是只有一個(gè)原子厚度的二維晶體，它既是最薄的材料，也是最強(qiáng)韌的材料?？擅胨贋槭謾C(jī)滿電，制成使霧霾無(wú)法穿透的防護(hù)口罩，還可制造比鋼鐵還強(qiáng)韌的裝甲，被視為革命性材料的石墨烯已經(jīng)逐漸被帶入現(xiàn)實(shí)。中國(guó)不僅在石墨烯科研上走在世界前列，特種更希望將之產(chǎn)業(yè)化。特種展示的圖片顯示，在特種方面，石墨烯可用于裝甲防護(hù)、特種發(fā)動(dòng)機(jī)和超高聲速飛行器。

　　11月27日，特種石墨烯科技發(fā)展與產(chǎn)業(yè)規(guī)劃發(fā)布暨簽約儀式在北京舉行。未來(lái)幾年，特種將著力打造系列化石墨烯產(chǎn)業(yè)集群，形成完整的石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈，重點(diǎn)開展石墨烯應(yīng)用基礎(chǔ)研究，新技術(shù)探索和新領(lǐng)域開拓。儀式上，特種與合作伙伴共同簽署中航石墨烯科技發(fā)展有限公司投資協(xié)議、特種首個(gè)石墨烯控股產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目——中航防護(hù)科技有限公司的投資協(xié)議以及系列石墨烯研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化合作協(xié)議。特種董事長(zhǎng)、黨組書記林左鳴出席儀式并致辭。未來(lái)幾年，特種將著力打造系列化石墨烯產(chǎn)業(yè)集群，形成完整的石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈，重點(diǎn)開展石墨烯應(yīng)用基礎(chǔ)研究，新技術(shù)探索和新領(lǐng)域開拓。

　　碳——“神奇”的元素

　　碳是地球上最普遍也是最奇妙的一種元素，它可以形成世界上最硬的金剛石，也可以形成最軟的石墨，它的“神奇”特性正是源自于多個(gè)碳原子可以形成多種多樣的排列，這些不同的排列被稱為同素異形體。而在微觀上看似簡(jiǎn)單的原子排列差異卻能在宏觀上帶來(lái)巨大的材料性能差別。近30年來(lái)，碳納米材料一直是科技創(chuàng)新的前沿領(lǐng)域，1985年發(fā)現(xiàn)的富勒烯和1991年發(fā)現(xiàn)的碳納米管均引起了巨大的研究熱潮。上圖展示的正是碳的幾種同素異形體，它們分別是石墨烯、石墨、碳納米管和富勒烯。

　　曾被認(rèn)為只存在理論，不存在于現(xiàn)實(shí)

　　石墨烯是一種由碳原子組成的六角型蜂巢結(jié)構(gòu)平面薄膜，是目前在自然界已知唯一只有一個(gè)原子厚度的二維材料。在之前石墨烯一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無(wú)法單獨(dú)穩(wěn)定存在，改變發(fā)生在2004年。2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的兩位俄裔物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地從石墨中分離出石墨烯，證明了這一結(jié)構(gòu)完全可以穩(wěn)定存在。兩人也因?yàn)椤霸诙S石墨烯材料的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2004年的研究成果在2010年就獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，在諾獎(jiǎng)中堪稱“神速”，這表明了科學(xué)界對(duì)石墨烯的關(guān)注和認(rèn)可。

　　事實(shí)證明，石墨烯理應(yīng)得到關(guān)注，因?yàn)榭茖W(xué)家們很快就發(fā)現(xiàn)，石墨烯是目前世界上已知的最薄且又最堅(jiān)硬的納米材料。石墨烯幾乎完全透明，只吸收2.3%的光。但又非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無(wú)法穿透。而接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更是讓科學(xué)家“瞠目結(jié)舌”，多次實(shí)驗(yàn)證明，石墨烯不但最薄最硬，而且是已知自然界導(dǎo)熱率最高的材料，同時(shí)也是電阻最低的材料，此外，它還有如常溫下發(fā)生量子霍爾效應(yīng)等其他特性。可謂性能“恐怖”的超級(jí)材料。

　　當(dāng)實(shí)驗(yàn)逐漸揭露出石墨烯的罕見(jiàn)特性時(shí)，各國(guó)立即意識(shí)到它可能帶來(lái)的巨大價(jià)值并紛紛投入巨資展開研究。人們普遍認(rèn)為石墨烯將取代多晶硅等眾多傳統(tǒng)材料成為“材料之王”。

　　石墨烯已經(jīng)批量生產(chǎn)應(yīng)用

　　由于石墨烯直至2004年才被發(fā)現(xiàn)，此時(shí)中國(guó)已經(jīng)具備了較完善的科研體系，所以國(guó)內(nèi)的各大科研院所立即展開了相關(guān)課題的研究。特種作為中國(guó)航天領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，也立即在航材院成立了石墨烯研發(fā)團(tuán)隊(duì)并迅速發(fā)展為大型實(shí)驗(yàn)室，專攻石墨烯的制備方法和在各領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)課題。在此次發(fā)布會(huì)上，特種航材院王旭東博士介紹了特種石墨烯基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究進(jìn)展，特種在掌握高性能、低成本石墨烯納米片和石墨烯薄膜制備技術(shù)的基礎(chǔ)上，同時(shí)致力于開展石墨烯應(yīng)用研究和工程技術(shù)開發(fā)，推動(dòng)石墨烯在特種航天、能源、電子和生物等領(lǐng)域應(yīng)用，已在石墨烯納米片批量化制備、功能化石墨烯、石墨烯宏觀體制備、大尺寸石墨烯薄膜批量化制備、石墨烯增強(qiáng)金屬結(jié)構(gòu)材料、石墨烯儲(chǔ)能材料、石墨烯電子封裝材料、石墨烯電線電纜材料、石墨烯環(huán)境凈化材料、石墨烯涂料、石墨烯改性非金屬材料、石墨烯信息材料等領(lǐng)域取得了諸多獨(dú)創(chuàng)性的成果。下面通過(guò)會(huì)場(chǎng)的展板進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

　　石墨烯在特種科技領(lǐng)域的應(yīng)用

　　由于石墨烯是已知的最薄且又最堅(jiān)硬的納米材料。所以通過(guò)復(fù)雜方法添加到傳統(tǒng)防彈材料中，可大幅增強(qiáng)防彈性能同時(shí)減輕防護(hù)材料的重量。應(yīng)用前景廣闊。

　　從展板中可以看到，將石墨烯應(yīng)用到裝甲材料中，使材料的密度和體積都有顯著下降，防護(hù)能力則反而有所增強(qiáng)?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員介紹，目前含有石墨烯的裝甲材料已經(jīng)應(yīng)用到一些新的特種裝備中，只是由于涉密原因不能具體透露。

　　由于可以通過(guò)不同合成方法調(diào)節(jié)石墨烯裝甲的防護(hù)能力，使得石墨烯防護(hù)材料不僅可用于特種領(lǐng)域，也可拓展至特種和民用領(lǐng)域，比如特種頭盔，防爆車輛和民用防護(hù)裝備，實(shí)現(xiàn)特種民品協(xié)同發(fā)展。

　　石墨烯在特種航天領(lǐng)域的應(yīng)用

　　石墨烯是已知自然界導(dǎo)熱率最高的材料，這就使它擁有了極好的散熱性能，其中一塊展板就介紹了在高速飛行器中石墨烯的重要作用，不過(guò)可能是保密原因，展板的圖片均采用的是美國(guó)目前試驗(yàn)中的高超音速飛行器照片。

　　通過(guò)石墨烯既輕薄又堅(jiān)韌的特性對(duì)傳統(tǒng)合金進(jìn)行改進(jìn)，可使特種發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪減輕重量同時(shí)增強(qiáng)增韌并延長(zhǎng)使用壽命，可見(jiàn)對(duì)于我國(guó)飛機(jī)長(zhǎng)期以來(lái)的“心臟病”也就是發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)題，“神奇”的石墨烯同樣可以幫到大忙?，F(xiàn)場(chǎng)的科研人員介紹稱這項(xiàng)研究是中國(guó)首先展開的，由此也可見(jiàn)國(guó)內(nèi)各專業(yè)的科學(xué)家們對(duì)于國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)所作出的努力。

　　石墨烯在其它領(lǐng)域的應(yīng)用

　　石墨烯的應(yīng)用范圍極大，絕不僅僅限于最尖端特種特種領(lǐng)域。下面就簡(jiǎn)述一些會(huì)議中透露的應(yīng)用方向。

　　一、可對(duì)傳統(tǒng)電池進(jìn)行改性，利用石墨烯電子遷移速度極高電阻極低的特性，使電池充電時(shí)間大幅縮短并且大幅提升電池充放電壽命。

　　二、可對(duì)傳統(tǒng)涂料進(jìn)行改性，使得被噴涂金屬防腐能力較傳統(tǒng)涂料提升數(shù)倍。

　　三、利用非常致密，即使是最小的氣體原子也無(wú)法穿透的特性，對(duì)傳統(tǒng)的過(guò)濾材料進(jìn)行改性，可制作出強(qiáng)吸附材料和強(qiáng)過(guò)濾材料，如特種航材院研制出的防霧霾口罩，過(guò)濾能力遠(yuǎn)高于現(xiàn)有產(chǎn)品且重復(fù)過(guò)濾能力大大增強(qiáng)。

　　四、通過(guò)石墨烯超常規(guī)的電學(xué)性能和力學(xué)性能對(duì)鋁導(dǎo)線進(jìn)行改性，提升了鋁導(dǎo)線的導(dǎo)電率和使用壽命，有助于中國(guó)加快建設(shè)鋁導(dǎo)線電網(wǎng)以替代成本高，質(zhì)量重，較稀有的銅特種線。

　　五、由于石墨烯為碳的單體且具有規(guī)整的排列方式，使其原子核外電子形成特殊的能帶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致它具有神奇的減小摩擦力的作用，可對(duì)潤(rùn)滑劑進(jìn)行改性，增強(qiáng)潤(rùn)滑性能和使用壽命。

　　其實(shí)石墨烯可應(yīng)用的領(lǐng)域還有很多很多，而且大家從上述介紹中就可看出，石墨烯真可謂是“神奇”的材料“藥水”，把它添加到任何傳統(tǒng)材料中，似乎都能使他們迸發(fā)出新的“魔力”。

　　絕不能再“起個(gè)大早，趕個(gè)晚集”

　　在發(fā)布會(huì)上和之后的媒體采訪中，特種董事長(zhǎng)、黨組書記林左鳴多次強(qiáng)調(diào)，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓄勢(shì)待發(fā)，其突破口一定是在材料領(lǐng)域。我們必須抓住材料科學(xué)創(chuàng)新這個(gè)新一輪科技革命的導(dǎo)火索。以石墨烯為代表的材料技術(shù)讓我們與世界站在了同一起跑線上，并已經(jīng)取得了很多技術(shù)突破。但我們必須吸取曾經(jīng)的教訓(xùn)，這個(gè)教訓(xùn)就是雖然中國(guó)有過(guò)在某些領(lǐng)域首先實(shí)現(xiàn)突破，但常常思維僵化，沒(méi)能快速將科研成果實(shí)用化、產(chǎn)業(yè)化，最后讓外國(guó)人搶了先機(jī)，獲得了最大回報(bào)。所以我們絕不能再“起個(gè)大早，趕個(gè)晚集”，石墨烯作為一種有可能顛覆未來(lái)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興材料，發(fā)展正當(dāng)其時(shí)。我們一定要以石墨烯技術(shù)為契機(jī)，實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新的“彎道超車”。

　　確實(shí)，曾經(jīng)的中國(guó)由于種種原因已經(jīng)落后世界太多了，從某種意義上說(shuō)屬于經(jīng)驗(yàn)積累科學(xué)的材料科學(xué)與世界先進(jìn)水平的差距更是巨大，而新生事物石墨烯確實(shí)是中國(guó)在材料領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“彎道超車”的絕佳機(jī)會(huì)。目前中國(guó)已經(jīng)具備了較完善的科研體系和較強(qiáng)的資本積累，學(xué)習(xí)西方先進(jìn)的科研轉(zhuǎn)化經(jīng)驗(yàn)勢(shì)在必行。讓我們自己的資本力量成為科研成果轉(zhuǎn)化的“催化劑”，使高大上的科學(xué)理論和試驗(yàn)成果快速轉(zhuǎn)化為在市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。這正是此次特種石墨烯科技發(fā)展與產(chǎn)業(yè)規(guī)劃發(fā)布暨簽約儀式所做的。未來(lái)特種將以中航石墨烯科技發(fā)展有限公司為核心研發(fā)平臺(tái)和成果輸出源，通過(guò)科研成果授權(quán)經(jīng)營(yíng)、科研成果作價(jià)入股、提供有償技術(shù)服務(wù)、按銷售提成等多種利益分配模式，合理獲得創(chuàng)新主體的利益回報(bào)。并在成果具備產(chǎn)業(yè)化條件時(shí)，在特種內(nèi)外引入戰(zhàn)略合作伙伴，成立產(chǎn)業(yè)公司。預(yù)計(jì)未來(lái)兩年，特種將有近10個(gè)石墨烯項(xiàng)目進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。石墨烯作為高端前沿學(xué)科，研發(fā)投入很大，此次中航與投資公司的簽約規(guī)模都在百億以上，未來(lái)可能要達(dá)到千億。數(shù)額看似巨大，但只要一些項(xiàng)目最終轉(zhuǎn)化為在世界上具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品帶來(lái)的收益可能就是萬(wàn)億級(jí)并能帶動(dòng)國(guó)家整個(gè)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。只有將金錢投資在這種真正的創(chuàng)新科學(xué)并轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，中國(guó)的未來(lái)才能有更大發(fā)展。

　　再說(shuō)一些與特種航材院王旭東博士交流時(shí)的收獲。王博士很年輕，非常樂(lè)于與媒體交流目前特種在石墨烯領(lǐng)域的研發(fā)成果。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)這個(gè)堪稱中國(guó)特種工業(yè)的老大難問(wèn)題，各個(gè)媒體都十分關(guān)注，紛紛向王博士詢問(wèn)石墨烯能對(duì)中國(guó)的國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)什么幫助，王博士的回答有點(diǎn)讓人吃驚，他說(shuō)目前中國(guó)在很多發(fā)動(dòng)機(jī)用材料上是領(lǐng)先世界的，而且目前已經(jīng)在我們自己的發(fā)動(dòng)機(jī)上有所應(yīng)用，但我們的材料在整合上常常出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)依然落后，他說(shuō)他一定會(huì)運(yùn)用所掌握的石墨烯知識(shí)幫助改進(jìn)國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，也說(shuō)由于保密原因很多成果也無(wú)法展示。當(dāng)記者問(wèn)到中國(guó)發(fā)展石墨烯有何優(yōu)勢(shì)時(shí)，王博士說(shuō)，中國(guó)有大量石墨礦藏也有大批從事相關(guān)研究的科研團(tuán)隊(duì)。單說(shuō)目前中航自己的航材院就已經(jīng)突破了新的石墨烯制備技術(shù)，使石墨烯制造成本有較大下降，雖然價(jià)格無(wú)法透露但也絕不是當(dāng)年的“黑色黃金”了。有了制備的基礎(chǔ)也是中國(guó)更容易展開石墨烯的各項(xiàng)應(yīng)用研究。有媒體詢問(wèn)石墨烯研發(fā)投入那么大，是否會(huì)入不敷出時(shí)，王博士堅(jiān)定的回答肯定不會(huì)，因?yàn)槭?yīng)用的方面太廣了，而且目前已經(jīng)體現(xiàn)出價(jià)值并得到了應(yīng)用。他又介紹了石墨烯的一些應(yīng)用，其中的石墨烯電池和芯片讓小編印象非常深刻，他說(shuō)目前除了用石墨烯改性現(xiàn)有的電池如鋰電池外，最前沿的是正在研發(fā)的第三代石墨烯電池技術(shù)也就是純石墨烯電池，它的性能竟然可以達(dá)到每克電池核心儲(chǔ)存超過(guò)1500毫安的電量并能以遠(yuǎn)快于現(xiàn)有電池的速度充電。這不正是電動(dòng)汽車一直在等待的突破技術(shù)嗎。而石墨烯芯片則是在原子層面布置電路，圍觀等級(jí)遠(yuǎn)低于現(xiàn)在常見(jiàn)的納米級(jí)芯片，如果實(shí)現(xiàn)將制造出功耗極低，性能極強(qiáng)，發(fā)熱則幾乎可以忽略不計(jì)的超級(jí)芯片，到那時(shí)人們掌上的手機(jī)真不知會(huì)具有何等恐怖的性能。怪不得有人斷言，如果說(shuō)20世紀(jì)是單晶硅的世紀(jì)，那么21世紀(jì)就是石墨烯的世紀(jì)。當(dāng)然，這些產(chǎn)品不會(huì)很快來(lái)到人們面前，他任然需要像王博士這樣的科學(xué)家們夜以繼日的公關(guān)，但我相信有朝一日它們一定會(huì)來(lái)到我們面前。