石墨烯提前點(diǎn)爆材料革命 或破除特斯拉電池續(xù)航難題

美國科學(xué)界預(yù)測，一旦石墨烯基陽極材料技術(shù)成熟，特斯拉可在不久后實現(xiàn)單次充電續(xù)航里程達(dá)500英里的目標(biāo)。根據(jù)技術(shù)參數(shù)，這種材料將可把鋰離子電池的能量密度和輸出功率提高三倍。

石墨烯提前點(diǎn)爆材料革命

石墨烯，這個以往更多出現(xiàn)在實驗室的材料，一夜之間成為產(chǎn)業(yè)界“新寵”。從三星的移動手機(jī)、蘋果的可穿戴設(shè)備，到特斯拉電動車的電池，都出現(xiàn)了石墨烯材料的身影。

有人說，誰掌握了石墨烯技術(shù)，誰就掌握了未來電子設(shè)備市場發(fā)展的關(guān)鍵。由于它可以讓設(shè)備變得更薄更柔軟，海外媒體認(rèn)為石墨烯將成為蘋果和三星的下一個戰(zhàn)場。目前蘋果、三星和谷歌已經(jīng)在競爭收購，欲將這種材料用于移動和可穿戴設(shè)備中的相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)都收入囊中。

電動車“教父”馬斯克的野心是，不久以后實現(xiàn)單次充電續(xù)航里程達(dá)500英里的目標(biāo)，因為石墨烯基陽極材料可將現(xiàn)有鋰離子電池的能量密度和輸出功率提高三倍。

馬斯克的野心點(diǎn)燃了全球的暗戰(zhàn)。日本火速研發(fā)出特制的石墨烯材料替代鉑作為催化劑，可大幅降低電動車電池成本。西班牙Graphenano公司計劃于2015年將石墨烯聚合材料電池投入生產(chǎn)，并與德國兩家汽車巨頭合作，本月投入試驗。

在中國，石墨烯得到高層的特別關(guān)注。據(jù)新華社報道，國家主席習(xí)近平13日晚考察了江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，了解石墨烯研發(fā)情況。有消息稱，工信部等計劃將石墨烯寫入“十三五”新材料規(guī)劃。

無法擺脫的“特斯拉魔咒”

盡管一般人每天駕車出行的平均里程僅為100英里(約合161千米)左右，但特斯拉首席執(zhí)行官馬斯克仍對Model S汽車目前所使用的85千瓦時電池組感到不滿，他希望能將電池容量提高一倍。

“公司將有可能開發(fā)出一款500英里(約合805千米)續(xù)航里程的汽車。事實上，我們可能很快就能做到這一點(diǎn)。”馬斯克的話讓人對石墨烯浮想聯(lián)翩。

美國科學(xué)界預(yù)測，一旦石墨烯基陽極材料技術(shù)成熟，特斯拉可在不久后實現(xiàn)單次充電續(xù)航里程達(dá)500英里的目標(biāo)。根據(jù)技術(shù)參數(shù)，這種材料將可把鋰離子電池的能量密度和輸出功率提高三倍。

馬斯克的一舉一動都被視為電動車技術(shù)發(fā)展最新風(fēng)向標(biāo)，“特斯拉魔咒”至今難以破解。這種“跟風(fēng)式”的研發(fā)正在日本、西班牙全面展開，有望引領(lǐng)下一次材料革命提前爆發(fā)。

日前，日本東北大學(xué)助教伊藤良一率領(lǐng)的研究小組嘗試用石墨烯作為替代催化劑。石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)新材料，價格不高。研究人員先利用片狀石墨烯制作出立體結(jié)構(gòu)，然后用氣相沉積法給立體結(jié)構(gòu)鍍上氮和硫。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鍍上的氮和硫的量越多，就越能高效催化制造出更多的氫。研究人員稱，如果在石墨烯催化劑中再加入鎳，其制氫能力就可以超越鉑催化劑，預(yù)計將此技術(shù)市場化后，可以使燃料電池成本大大下降。

一家在西班牙以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的公司Graphenano與該國科爾瓦多大學(xué)合作研究出首例石墨烯聚合材料電池，預(yù)計該電池2015年將此投入生產(chǎn)。本月，兩家德國汽車巨頭將對這款新型電動車進(jìn)行試驗。

技術(shù)分析人士稱，這項新技術(shù)是將石墨烯做成聚合物，其優(yōu)勢在于它的能量密度、持續(xù)時間、充電速度、重量和價格。Graphenano的副總裁強(qiáng)調(diào)：“它對于航空業(yè)、汽車業(yè)、計算機(jī)產(chǎn)業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)都意味著一個跨越性的發(fā)現(xiàn)，能大大增加產(chǎn)業(yè)效率，并且將之前的一些想象變成可能。”

技術(shù)參數(shù)表明，這種石墨烯聚合材料電池性能卓越，儲電量是目前市場最好產(chǎn)品的三倍，用此電池提供電力的電動車最多能行駛1000公里，而其充電時間不到8分鐘;使用壽命是傳統(tǒng)氫化電池的四倍，是鋰電池的兩倍;重量為傳統(tǒng)電池的一半，這樣可以提高裝載該電池的機(jī)器的效率;成本將比鋰電池低77%。

硬件比的是“柔術(shù)”

石墨烯的發(fā)明者之一、諾獎得主康斯坦丁˙諾沃肖洛夫爵士去年收到一份來自中國的稀罕之物——全球首款石墨烯觸屏手機(jī)。“這是真的嗎?真是用石墨烯做的手機(jī)嘛?”收到禮物時，諾沃肖洛夫大為驚嘆。諾沃肖洛夫和其導(dǎo)師因研究二維材料石墨烯開創(chuàng)性實驗而獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。

目前，在英國劍橋大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊的改善下，石墨烯屏幕的柔性更上一個臺階。

今年，劍橋大學(xué)石墨烯研究中心和英國公司Plastic Logic共同生產(chǎn)了一款可以完全彎曲折疊的顯示屏。它是一款有源矩陣電泳顯示屏，這種技術(shù)通過使用電場重新排列溶液上的懸浮粒子，顯示出圖像。這種顯示屏和如今的電子閱讀器顯示屏很相似，不過它沒有采用玻璃材質(zhì)，而是選用了軟塑料，當(dāng)然，這也是首次將石墨烯技術(shù)應(yīng)用在基于晶體管的電子設(shè)備上面。

這項研究最近得到了英國技術(shù)戰(zhàn)略委員會的支持，并作為旗下“石墨烯革命”項目的一部分。明年，這項技術(shù)有可能應(yīng)用在基于OLED的全彩柔性石墨烯顯示屏生產(chǎn)上。[!--empirenews.page--]

一般顯示屏背板都是導(dǎo)電連接層，可以提供電力支持，重新排列懸浮顯示粒子。但這款顯示屏和傳統(tǒng)顯示屏也有很大不同，它的背板采用了經(jīng)乳濁液處理的石墨烯電極，而不是標(biāo)準(zhǔn)的濺鍍沉積金屬電極。換句話說，通過利用低溫處理，石墨烯是被“打印”在了背板底層基片上。Plastic Logic公司還開發(fā)了一種“有機(jī)薄膜晶體管技術(shù)”，可以在不到100攝氏度(華氏212度)的低溫下，制造出150 PPI的顯示屏背板。之后，儲存電極將會按照規(guī)定的電路圖形開始進(jìn)行蝕刻，提供背板連接網(wǎng)絡(luò)。

在產(chǎn)業(yè)界，蘋果與三星在柔性屏領(lǐng)域競爭已經(jīng)到了白熱化狀態(tài)。

本月蘋果官方申請了一份關(guān)于柔性顯示屏的專利技術(shù)。這項技術(shù)可以使顯示屏通過變形提供觸覺反饋，同時支持按壓和觸控兩種模式。據(jù)了解，未來的 Watch很有可能采用這種支持力回饋的顯示屏幕。不光如此，蘋果的其他產(chǎn)品也很有可能采用柔性屏幕。

柔性顯示屏并非蘋果一家獨(dú)有，三星此前也在研制全面的柔性顯示屏并且已經(jīng)應(yīng)用于其智能手表Galaxy Gear。但是這兩種柔性顯示屏在技術(shù)上是不一樣的。蘋果的柔性屏可以通過設(shè)置在屏幕下方的驅(qū)動器創(chuàng)建隆起和凹陷，而三星的柔性屏幕則可以完成卷曲和折疊。

未來，隨著項目的進(jìn)一步深入開發(fā)，柔性屏將結(jié)合LCD和OLED技術(shù)，具備全彩色支持能力，并滿足視頻顯示的高速刷新率需要。這樣，此技術(shù)可應(yīng)用在更輕、更易擴(kuò)展的高密度傳感器上，比如高分辨率的醫(yī)療圖像系統(tǒng)，以及高精準(zhǔn)的手勢識別應(yīng)用程序。

辨認(rèn)真假石墨烯

石墨烯有太多優(yōu)越性，應(yīng)用面很廣，太陽能電池、傳感器方面、納米電子學(xué)、高性能納電子器件、復(fù)合材料、場發(fā)射材料、氣體傳感器及能量存儲等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

石墨烯產(chǎn)業(yè)在中國也受到高度重視。12月13日晚，國家主席習(xí)近平來到南京市考察江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院。在成果展示區(qū)，他拿起石墨烯氣體阻隔膜，了解產(chǎn)品性能、市場應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)前景等。

習(xí)近平調(diào)研石墨烯的消息，在證券市場引發(fā)一股追捧熱。一時間，跟石墨烯沾親帶故的股票集體受到資金的追逐，不管你是石墨礦還是石墨烯概念。

石墨烯不一定來自石墨

10年前英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈˙海姆和康斯坦丁˙諾沃肖洛夫，從石墨中用膠帶粘貼的方法最先分離出石墨烯，但目前能產(chǎn)業(yè)化的石墨烯主要是從甲烷、乙炔等含碳?xì)怏w中獲取，而不是石墨。

史小軍，江南石墨烯研究院項目部副部長。他知道，石墨烯與石墨不僅僅是一個“烯”的差別，“現(xiàn)在一年我們10噸石墨都用不上，即使未來石墨烯大規(guī)模量產(chǎn)了，也用不了幾萬噸。”

“現(xiàn)在只要企業(yè)發(fā)布一條關(guān)于石墨烯投資和研發(fā)合作消息，都會被宣傳為石墨烯概念的重大利好，公司市值大幅上漲。這是純粹的炒作。”一位PE人士說，很多聲稱的投資與技術(shù)研發(fā)合作，往往是口惠而實不至。

公開資料顯示，截至目前，一些上市企業(yè)當(dāng)年承諾的石墨烯投資依然沒有到位，石墨烯產(chǎn)品的研發(fā)更是進(jìn)展緩慢。

當(dāng)然，仍有一些地方和企業(yè)拿出真金白銀精心培育石墨烯產(chǎn)業(yè)，如江蘇常州，從2012年開始便出資5000萬建立了石墨烯研究院，打造“東方碳谷”。

目前，常州園區(qū)已有逾30家石墨烯及先進(jìn)碳材料公司。今年10月，常州第六元素材料科技股份有限公司在新三板成功上市，成為國內(nèi)石墨烯行業(yè)首家新三板掛牌企業(yè)。碳元科技、二維碳素等石墨烯企業(yè)也正爭取登陸海內(nèi)外資本市場。

“緊跟國際步伐、對接國家戰(zhàn)略，抓住石墨烯這種國際型高端產(chǎn)業(yè)的首輪發(fā)展機(jī)遇。”全國政協(xié)副主席、科技部長萬鋼在產(chǎn)業(yè)考察中這樣鼓勵企業(yè)。