原创《石墨烯时代离我们有多远》
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因石墨烯而获得诺贝尔奖的康斯坦丁·诺沃肖洛夫认为作为一种材料,石墨烯“前途是光明的,道路是曲折的”,虽然将来它也许能发挥重大作用,但是在克服几个重大困难之前,这一场景还不会到来.石墨烯,会是一次“材料革命”,还是最终归于鸡肋？也许唯有时间能给我们答案.
庞雪汀
只要出门前充电5秒,手机电量就可以使用长达半个月？电脑显示屏也可以折叠起来放在兜里带出门？这些看起来不可能发生的事情,石墨烯技术都能帮你实现！当然,这项举世瞩目的“黑科技”能帮你实现的,还远不止这些.
实际上,自从12年前被用透明胶带从石墨晶体上“粘”出来之后（咳咳,这诞生的方式可不大体面）,石墨烯就被认为注定要改变世界：它比更硬,比铜更导电、比橡胶更柔软、基本透明,并且它的石墨烯气凝胶是迄今最轻的材料.科学家预言,石墨烯将“彻底改变21世纪”,极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命.
据哥伦比亚大学的研究,理论上,一头大象的重量即使集中在铅笔头那么小的面积,也无法穿透保鲜膜厚度的石墨烯片.
当然,够轻只是它的特性之一,这玩意儿还有诸多你无法想象的潜在应用领域,比如电能储存、隔热、用作催化剂的载体之类的,随便一数就能数个几分钟.而在这其中,最具颠覆性的就是它对“硅”的挑战.
“硅”的完美替代品
石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机.也许因为石墨烯的运用,未来计算机处理器的运行速度将会快数百倍.
不论是石墨烯还是硅,对于像小编这样的技术小白来说,都仿佛是遥不可及的存在.实际上,在人类现有的社会生活中,硅几乎是无处不在的.从高大上的航天业到接地气的食品轻工业,随处可见硅的身影.而在不远的将来,新晋“材料王”石墨烯也许会打破硅的“垄断地位”.
几乎完全透明石墨烯,只吸收2.3%的光；导热系数高于碳纳米管和金刚石,而电阻率比铜或银更低,是世界上电阻率最小的材料.
石墨烯电阻率极低,电子迁移的速度极快,因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管.由石墨烯制造的电子元器件外形和功耗更小,速度和性能更高,外观和材质更加多样,包括家电、数码产品在内的电子、通讯和计算机都可能会发生质的变化.
比如像纸张一样的触摸显示屏,透明、轻薄、可折叠！怎么样,看到这里你是不是迫不及待地想要和石墨烯一起“炫”出新未来了？
锂电池的“拯救者”
石墨烯的另一项重要运用在电储存领域.
将几个小时的充电时间浓缩为几分钟？对于石墨烯来说这仿佛也不是问题.采用分孔石墨烯作为锂电池电极的方式,不仅能够浓缩充电时间,还能够有效提升电池容量,这是锂空气电池内部构造的初步原理.在太阳能充电因为成本、材质以及安装等众多原因尚无法普及的当下,石墨烯显然是可以成为电池拯救者的.
不过这种电池的生产任重而道远.日前,国内一光电企业就兴奋地宣称研发出了神奇的“石墨烯电池”,并自称“烯王”,然而当天就被业内人士“打脸”说该企业研制的不过是“石墨烯基锂电池”而已,跟真正的石墨烯超级电池相差十万八千里.目前,市面上大部分所谓的石墨烯电池也都是在锂电池等电池中通过技术手段添加一些石墨烯,“能力者”石墨烯更多还是作为辅助材料的“配角儿”存在其中.
当然,“任重而道远”并不等于要否定对未来的愿景.未来,“充电五分钟,奔跑一千公里”或者“充电几分钟,手机用一年”的奇景还是很有可能出现的……
“黑科技”也能接地气
作为一项惊世骇俗的发现,石墨烯技术总显得有一些遥不可及.然而石墨烯在轻应用方面是面向民用的、可以快速实现产品化并能够给消费者带来较高性价比,比如石墨烯发热和过滤.
目前,已经有几家科技公司开始售卖石墨烯材料的衣服.他们把石墨烯嵌入到纤维结构,捻线织成的布可支持3.7V安全电压,并可根据情况通过App控制升温速度及温度.就用户体验来讲,石墨烯提升了衣服的安全性及舒适度,而石墨烯纺织物的柔软、不怕折叠、可水洗的特性自然就更胜一筹.
相关商家表示,之所以选择将石墨烯应用到纺织领域,是看中了石墨烯良好的导热性,由于石墨烯的电热转换效能可达99%,与其他材料相比有着绝对的优势；换句话说,也许石墨烯的第一项实实在在的运用和普及将会出现在“保暖内衣”界.
石墨烯时代,还需要等待
说了这么多,也许你还是要问,石墨烯都诞生十几年了,我的透明手机呢？
其实早在2012年,因石墨烯而获得诺贝尔奖的康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）和他的同事就曾在《自然》上发表过文章讨论石墨烯的未来.他认为作为一种材料,石墨烯“前途是光明的,道路是曲折的”,虽然将来它也许能发挥重大作用,但是在克服几个重大困难之前,这一场景还不会到来.另外,考虑到产业更新的巨大成本,石墨烯的好处可能不足以让它简单地取代现有的设备.
制约石墨烯广泛应用的瓶颈在于难以大规模、低成本地制备高品质的石墨烯.胶带剥离法显然无法实现工业化的量产,哪怕你掌握了全世界的石墨矿,一天又能剥下来几片？更令人担忧的是石墨烯的环境风险.石墨烯产业目前最成熟的产品之一“氧化石墨烯纳米颗粒”对人体很可能是有害的,而且研究者发现它极易扩散.
更有爱泼冷水者指出,所有材料都有其适用范围：钢坚硬而沉重,木头轻便但易腐,就算看似“万能”的塑料也有其自身的局限.正因如此,即便石墨烯作为新材料能发挥巨大作用,但也没有理由认为它就是一种能够改变世界的奇迹材料.
石墨烯,会是一次“材料革命”,还是最终归于鸡肋？也许唯有时间能给我们答案.
石墨烯论文参考资料：
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