石墨烯引起材料革命 或?qū)⒏淖內(nèi)祟愇磥?/h1>

2015-01-21 13:18:52中國化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng)閱讀量：2253      我要評論

　　【中國化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng) 國內(nèi)新聞】作為一種新型的納米材料，石墨烯以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、力學(xué)、熱性能和光學(xué)性能，被稱為“材料”。2014年12月14日，國家主席前往江蘇產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，對有關(guān)石墨烯的研發(fā)等展開考察，從而在股市又引發(fā)了一股石墨烯概念的炒作熱潮，相關(guān)板塊應(yīng)聲而漲。
　　　　了解石墨烯
　　
　　石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一個碳原子厚度的二維材料。是已知的世上薄、堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10-8·m，比銅或銀更低，為世上電阻率小的材料。
　　
　　石墨烯引起的材料革命
　　
　　材料是人類社會生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料的發(fā)展，推動著生產(chǎn)關(guān)系的調(diào)整、社會的進(jìn)化、時代的變遷和文明的進(jìn)步，以材料為標(biāo)志，人們將社會分為“石器時代”、“陶器時代”、“青銅器時代”、“鐵器時代”、“硅時代”等。在現(xiàn)代科技時代，材料與能源、信息并稱為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱。
　　
　　我國新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃提出了六大領(lǐng)域20個重點(diǎn)發(fā)展方向：類是特種金屬功能材料，具有獨(dú)特的聲光電熱磁等性能的金屬材料；第二類是金屬結(jié)構(gòu)材料；第三類是*高分子材料；第四類是無機(jī)非金屬新材料在傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料基礎(chǔ)上新出現(xiàn)的具有耐磨等特殊性能的材料；第五類是高性能復(fù)合材料，指由兩種或兩種以上異質(zhì)、異型、異性材料復(fù)合而成的具有特殊功能和結(jié)構(gòu)的新材料；第六類是智能材料。
　　
　　中國*原材料工業(yè)司副司長潘愛華指出：新材料是帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級的革命力量，是推動中國技術(shù)創(chuàng)新的先導(dǎo)，歷*每一次重大新技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和某種新產(chǎn)品的研制成功，都離不開新材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。2004年，石墨烯被英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)后，很快因其強(qiáng)度高、韌性好、重量輕等眾多驚人的優(yōu)良性能而被世人關(guān)注。2010年上述兩位科學(xué)家因該發(fā)現(xiàn)而被授予諾貝爾物理學(xué)獎。隨著時間的推移，石墨烯越來越多的優(yōu)良性能被世人開發(fā)出來，據(jù)稱在眾多領(lǐng)域都有著極為廣泛的應(yīng)用，也因此被稱為具有革命性意義的新材料。
　　
　　石墨烯或?qū)⒏淖內(nèi)祟愇磥?br />　　
　　石墨烯自2004年被英國曼徹斯特大學(xué)兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)后，很快因其強(qiáng)度高、韌性好、重量輕等眾多驚人的優(yōu)良性能而被世人關(guān)注。2010年，兩位科學(xué)家因該發(fā)現(xiàn)而被授予諾貝爾物理學(xué)獎。近十年來，有關(guān)石墨烯的研究炙手可熱，石墨烯也因其在能源、生物技術(shù)、航天航空等領(lǐng)域具有極其廣泛的應(yīng)用前景而被認(rèn)為是“具有革命性意義的材料”、“二十一世紀(jì)的材料”。有專家預(yù)計(jì)，未來5至10年，石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過1000億美元。
　　
　　目前中國、美國、歐盟、韓國、日本等國家和組織均將石墨烯的研究提升至戰(zhàn)略高度。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，有關(guān)石墨烯的申請逐年倍增，2009年申請數(shù)量為165篇，2012年則達(dá)到1829篇，其中來自中國的申請位居，達(dá)總量的50%以上，占據(jù)優(yōu)勢地位。
　　
　　有專家預(yù)計(jì)，未來幾年內(nèi)，石墨烯將主要用于“超級電容器”、“觸摸屏”、“結(jié)構(gòu)材料”、“傳感器”、“高性能計(jì)算機(jī)”五大領(lǐng)域。
　　
　　突破技術(shù)障礙有革命性意義
　　
　　以石墨烯為材料，可以制造出眾多與人們生活息息相關(guān)的用品，如電池、夜視鏡、醫(yī)用掃描儀、防彈衣、避孕套、3D打印機(jī)、彎曲的手機(jī)等。而其中為人們所熟知是石墨烯聚合材料電池，即“超級電池”，其成本比傳統(tǒng)鋰電池低77%，重量也僅為傳統(tǒng)電池的一半，但儲電量卻是目前市場上性能好的電池的三倍，以此為電力的電動車將會大大突破以往電池行駛里程的限制，高可以行駛1000公里，而充電時間僅為8分鐘，比傳統(tǒng)鋰電池充電時間快十倍。
　　
　　2014年12月26日，美國電動汽車制造商特斯拉發(fā)布了代車型Roadster（敞篷跑車）的升級版，續(xù)航里程達(dá)到644公里，比原版393公里的續(xù)航里程高出60%，電池容量則高出近70%。此前，的汽車制造商們主要以三種鋰電池為動力：鎳鈷鋁酸鋰電池(鈷酸鋰電池)、磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池。鎳鈷鋁酸鋰電池主要應(yīng)用在美國，以特斯拉為代表；磷酸鐵鋰電池主要在中國應(yīng)用，以比亞迪汽車為代表；錳酸鋰電池則主要應(yīng)用在日本。這三種電池，鎳鈷鋁酸鋰電池能量密度高，但高溫下不穩(wěn)定，磷酸鐵鋰電池雖然穩(wěn)定，但能量密度又不高。
　　
　　由于傳統(tǒng)的鋰電池功率密度受限，無法快速吸收和釋放大量能量，而導(dǎo)致電動汽車的行駛里程、充電時間等均受到制約，這也是中國新能源汽車推廣長達(dá)5年而一直沒有取得預(yù)期效果的原因所在。中國預(yù)計(jì)在2015年銷售純電動汽車和插電式混合動力汽車50萬輛，然而截至2014年12月，新能源汽車銷售量尚且不足6萬輛，差距巨大。這其中除了充電設(shè)施不完善，不便充電外，電量有限、續(xù)航里程短是關(guān)鍵的技術(shù)障礙。
　　
　　有關(guān)研究人員介紹，目前國內(nèi)主要研究的是將石墨烯運(yùn)用到鋰電池上，而非全新體系的“超級電池”。時至今日，傳統(tǒng)鋰電池的技術(shù)已經(jīng)長達(dá)20年沒有任何實(shí)質(zhì)性的革新，故石墨烯“超級電池”的出現(xiàn)，對新能源汽車行業(yè)來說，無疑具有革命性的意義。