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石墨烯:颠覆性震荡一波又一波

来源:科技日报 2016-12-09 17:29:23
内容摘要: 石墨烯的发现者之一、2010年诺贝尔物理学奖获得者安德烈·海姆这样描述石墨烯:可被无限拉伸,弯曲到很大角度不断裂,可抵抗很大压力,同时有非同寻常的导热性和导电性。

  石墨烯(资料图)

  石墨烯的发现者之一、2010年诺贝尔物理学奖获得者安德烈·海姆这样描述石墨烯:可被无限拉伸,弯曲到很大角度不断裂,可抵抗很大压力,同时有非同寻常的导热性和导电性。由此,石墨烯被公认为“彻底改变21世纪的新材料”,世界各国的科研人员竭尽所能尝试将其应用于微电子、能源材料、生物医药、航空航天和环保等领域。石墨烯正在全球掀起一波又一波颠覆性深层震荡。

  震荡一:撼动传统行业标准

  石墨烯的一个神奇之处是,虽然理论厚度约0.3纳米,却可以达到“零渗透”,几乎可以隔绝水、氧气、钠离子。再加上石墨烯本身具有憎水憎油性,其片层结构具有“迷宫”效应,可阻碍水、腐蚀性离子等向金属基材渗透,进而起到长效防腐作用。

  2015年1月3日,涂有石墨烯防腐涂料的第一台海上风电塔筒在中国如东海域下海,成为世界海洋重防腐领域的里程碑。底漆重防腐试验时间突破2500小时,超过美国标准约3倍。可以说,撼动了传统防腐涂料的标准,以往重防腐体系中的关键指标须含锌粉70%-80%,而在石墨烯重防腐涂料中,可以用20%的锌(甚至是零)+1%石墨烯代替。从实际效果来看,添加约5%的石墨烯粉,可减少使用锌粉50%,省料又环保。后续的石墨烯重防涂料系列产品将延伸到海洋平台、海洋船舶、油田井下管柱和输油管线及容器等领域,形成数十亿元的产业链。

  不仅如此,石墨烯还在数字电路中展露锋芒。2014年,IBM测试世界上第一个多频石墨烯射频接收器和石墨烯整合电路,性能比上一代提升近万倍。今年12月,石墨烯旗舰计划的意大利合作伙伴CNR-ISOF研究表明,可以使用石墨烯生产完全柔性的近距离无线通讯技术(NFC)天线。

  由此可见,石墨烯在撼动着一个个传统行业的标准,打开崭新而充满希望的应用领域。下一个会是谁?或许是散热材料、锂电池、超级电容……

  震荡二:促制造业转型升级

  20世纪90年代,发达国家纷纷以信息化带动制造业升级,以提高产业国际竞争力。随着被注入传统材料,以及制备工艺发展,石墨烯也为发展中国家制造业带来转型升级的机遇。

  单层石墨烯具有独特的电子结构和电学、热学、力学性能,有望成为未来精密信息器件的理想材料。而在单层氧化石墨烯上直写、裁剪或制备出各种纳米图形和功能器件,被认为是石墨烯研究领域最具挑战性的课题之一。

  因为这需要采用特殊的操控台,并具有精准工艺,即便实验室可以做到,要实现大规模制备,则需要批量纳米级精密设备,如用现有制造业基准下制备的操作仪器,就如同戴着拳击手套去拿小螺钉,会十分吃力且低效。这就需要大大升级制造业的精密等级。

  石墨烯在复合材料领域可谓大显身手,需求量巨大。将石墨烯应用于复材可以提高材料的导电率和强度,同时具有灵活性。将石墨烯复材用于各种工程材料之中,可促进整体制造业的转型。

  北美地区已促使许多石墨烯制造商和大学、研究机构合作,以扩大和满足石墨烯复材的需求,力求用石墨烯的发展带动美国制造业,使之成为当地经济增长的主要推动力。

  有中国专家表示,石墨烯产品乃至整个产业的发展,符合中国当前工业发展的新趋势和供给侧结构性改革战略。石墨烯产品实现工业化量产,一定能推动中国制造业转型升级,由国际产业分工链条中的中低端迈向中高端。

  震荡三:提升政策融合机制

  目前,世界很多国家已将石墨烯定为一种战略性新兴材料,都想在石墨烯发展潮流中跻身前列,而从国家政策上助力产业发展将起到重要作用,这取决于政策机制的融通,以及灵活接纳新事物、新理念、新技术的更替能力。

  从国际经验来看,加速提升政策融合机制主要应在以下几方面发力:首先,顶层设计国家级产业发展规划,尽早确定石墨烯产业技术路线和产业化路线,明确产业发展的阶段目标、重点任务、重大工程、资金来源及政策措施等。

  其次,打造健全的上中下游链条,促进产业发展。石墨烯产业最大瓶颈在于没有形成完整成熟的产业链,研发制备企业和下游应用企业脱节,市场需求尚未全面打开。因此,在机制上要确定合理的组织框架,推动材料、设备、工艺和应用并行发展,协调整个链条发展。

  第三,统筹国家层面的资金用在“刀刃”(重点项目)上,而不是撒胡椒面,什么都投,正如欧盟石墨烯旗舰计划,先后将上千亿专款投到导电油墨、薄膜技术、压力传感器等最具潜力的技术研发上。

  有“石墨烯之父”之称的安德烈·海姆近期指出,在学术研究和产业化之间有很大的空缺,政府可在其中“造桥”,空隙过大时,桥就要足够长。政府投入资金建起中间的立柱支撑起一座桥,桥的一端是学术研究,彼岸则是真正的石墨烯产业化。

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