正在興起的石墨烯新時代：未來顯示材料

在當(dāng)今的中國與世界，關(guān)于石墨烯可能引發(fā)的材料革命乃至新技術(shù)革命討論非常熱烈。最近，我到北京、上海、廣州、深圳、江蘇、浙江、黑龍江、山東、陜西和中科院、清華大學(xué)等地方和研究機(jī)構(gòu)對石墨烯進(jìn)行了調(diào)研。石墨烯具有非常大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景，我們必須統(tǒng)籌規(guī)劃，精心布局，緊緊抓住石墨烯研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化所帶來的重大發(fā)展機(jī)遇，努力掌握未來科技競爭的制高點。

正在興起的石墨烯材料新時代

石墨烯的發(fā)現(xiàn)雖然僅10年左右，卻引發(fā)了席卷全球的一波又一波的研究開發(fā)浪潮。石墨烯是一種由碳原子緊密堆積而成的二維晶體，具有神奇的電子傳輸、導(dǎo)電、導(dǎo)熱和機(jī)械等特征。2004年英國曼徹斯特大學(xué)的物理學(xué)家安德烈海姆和康斯坦丁˙諾沃肖洛夫，在實驗室成功地從石墨中剝離出了石墨烯，證明了石墨烯可以單獨(dú)存在，因此榮獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎，從而掀起了石墨烯制備、改性和應(yīng)用的全球研究熱潮。將石墨烯用于超級電容器、透明電極、鋰離子電池、傳感器、功能涂料和聚合物納米復(fù)合材料等方面的應(yīng)用前景，開辟了石墨烯材料的新時代。

正如有學(xué)者所言，19世紀(jì)是鐵器的時代，20世紀(jì)是硅的時代，21世紀(jì)是碳的時代。碳是自然界分布最普遍的元素之一，是構(gòu)成地球上一切生命體最重要的元素。碳材料的特性幾乎涵蓋地球上所有物質(zhì)的性質(zhì)。先進(jìn)碳材料具有新型結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能，是對未來發(fā)展具有重大和決定意義的新材料。

新材料產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重點之一，也是未來高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石和先導(dǎo)，是我國成為世界制造業(yè)強(qiáng)國的重要基礎(chǔ)。石墨烯作為先進(jìn)碳材料，它是當(dāng)今發(fā)現(xiàn)的世界上最優(yōu)質(zhì)的材料。它有以下特點：最薄，0.35nm，被稱為現(xiàn)今世界最薄的材料；比表面積最大，2620m2/g；最硬，剛度優(yōu)于金剛石，是人類已知強(qiáng)度最高的物質(zhì)，比鋼鐵硬100倍；最抗拉，可彈性拉伸20%；熱導(dǎo)率最高，5300W/m.k；最高遷移率200，000cm2/v.s@300k；高透光性，透光率為97.7%/單層；高載流能力：電流密度比銅高6個數(shù)量級；最奇特的是，石墨烯是二維量子材料，線性能帶色散關(guān)系，載流子有效質(zhì)量為零，能在溫室下觀察到量子霍爾效應(yīng)；還具有室溫彈道輸運(yùn)特性。

石墨烯具有超薄、超輕、超高強(qiáng)度、超強(qiáng)導(dǎo)電性、優(yōu)異的室溫導(dǎo)熱和透光性，幾乎完全透明，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，應(yīng)用非常廣泛，發(fā)展前景巨大，是推動戰(zhàn)略高技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵材料。

石墨烯具有無限廣闊的應(yīng)用前景，雖然現(xiàn)在還是潛在階段，普遍應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化還沒有打開局面，但是從科學(xué)預(yù)測的角度來看，已經(jīng)成為不可忽視的重點領(lǐng)域。比如，它可替代和解決傳統(tǒng)鋰電池充電速度慢、蓄電能力差、壽命短、污染等弊端，可解決電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵難題，使新能源電動汽車蓬勃發(fā)展。再比如可以替代硅，制造未來新一代超級計算機(jī)；替代ITO透明導(dǎo)電薄膜，應(yīng)用于觸摸屏、柔性顯示、太陽能電池等電子工業(yè)領(lǐng)域；還可應(yīng)用于海水淡化、可降解塑料、散熱膜、防腐涂層、生物材料、復(fù)合材料、平板電腦、手表日歷、移動電話、光電探測器、石墨烯紙、石墨烯布以及航天軍工、超輕防彈衣、超薄超輕飛機(jī)、超薄折疊手機(jī)、甚至有想象力的天空電梯等。石墨烯創(chuàng)造的需求，極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。從全球發(fā)展趨勢來看，誰都不愿意喪失石墨烯發(fā)展帶來的重大機(jī)遇。