横空出世“烯”望无限——探秘“神奇材料”石墨烯

[导读] 从被比喻为最接近科幻名作《三体》“二向箔”的神秘物质，到被预言能改变２１世纪的“神奇材料”，石墨烯正从实验室走进百姓生活。

从被比喻为最接近科幻名作《三体》“二向箔”的神秘物质，到被预言能改变２１世纪的“神奇材料”，石墨烯正从实验室走进百姓生活。现在，它又将站在“风口”上，迎来发展的“春天”：中国“十三五”规划建议明确提出将加快突破新材料等领域核心技术。工信部等部委也于近日联合发文，提出要将石墨烯产业打造成先导产业。

这一“横空出世”的新材料到底神奇在哪里？能给我们的生活带来怎样的变化？何时才能迎来属于它的大时代？新华社记者带着这些思考，深入基层，揭开石墨烯的神秘面纱。

石墨烯为何方神圣？

１１月２０日，工信部、国家发改委和科技部联合发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》，提出将石墨烯产业打造成先导产业，逐渐实现石墨烯材料在部分工业产品和民生消费品上的产业化应用。并提出到２０２０年，形成完善的石墨烯产业体系。

备受重视，身负使命的石墨烯，到底是何方神圣？

石墨烯，实际就是从石墨中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。铅笔芯用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起。

听起来稀松平常的石墨烯，却有诸多独一无二的特性。通俗来说，目前自然界中，这东西最薄、最结实，导电性极好，在工业领域中几乎无所不能。

石墨烯有多薄？厚度仅为普通纸张的十万分之一。记者在常州江南石墨烯研究院看到，在展示时，石墨烯片只能附着在塑料薄膜上，覆盖处的颜色明显深一些。

石墨烯的发现者、２０１０年诺贝尔物理学奖获得者安德烈·海姆这样描述石墨烯：可以被无限拉伸，弯曲到很大角度不断裂，可以抵抗很高的压力，同时还有着非同寻常的导热性和导电性。

“石墨烯电阻率极低，电子能在其中极为高效地移动，这使得石墨烯有非常好的导电性。”中国科学院院士、中国科学院金属研究所研究员成会明说，如果将石墨烯与电子元件、电子设备进一步结合使用，可以增强储电设备的储电率，提高储电性能。

虽然只有一个原子的厚度，但石墨烯却是非常强韧的材料。通俗地讲，它强过钻石，“秒杀”钢铁。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的２０％。如果用一个平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足１毫克，可以承受１公斤的重物。

石墨烯还具有“针插不进、水泼不进”的零渗透特性。如果给船体涂上石墨烯涂层，就好像穿上防腐“铠甲”；如果发生化学品火灾，一张石墨烯薄膜可以把火灭掉。

石墨烯的惊奇之处还远不止此。１克重的石墨烯展开后面积为２６３０平方米！“这么大的比表面积（物理用词：１克固体拥有的总表面积）使其拥有超强的吸附性，我们正在研究用它做过滤装置，用于海水淡化、污水处理等领域。”青岛赛瑞达电子装备股份有限公司董事长宋立禄接受记者采访时说。

为了研究石墨烯，科学家们历经艰辛。当初在实验室获得的石墨烯片价值超过最珍贵的钻石。“１００平方纳米的石墨烯，就要几千欧元，肉眼都看不见。”江南石墨烯研究院副院长董国材说，经过不断探索，制备石墨烯的新方法层出不穷，工业化生产石墨烯已经成功。

现在，江苏常州已有一个国家级的石墨烯产业基地，聚集着５０多家企业，这里的石墨烯技术具备国际一流水平。石墨烯成本价也因批量生产大大降了下来，目前１平方米石墨烯片价格在３００元左右。

与生产生活接轨，“烯”望无限

随着科研发展，目前，石墨烯系列产品开始走入百姓生活。不久前在青岛举办的２０１５中国国际石墨烯创新大会上，石墨烯理疗、保暖产品、ＬＥＤ用高导热石墨烯复合材料、石墨烯防弹材料等２０余种石墨烯产品全新推出。

青岛华高墨烯科技有限公司董事长施建新向记者介绍，利用石墨烯特性研发的新型防弹衣，防弹插板只需１７毫米就能达到甚至超过传统产品的防弹效果，重量还可减轻２０％。

“利用石墨烯良好的导电性、散热性和材质坚固性，我们研发了石墨烯导静电轮胎，目前主要用于特种车辆和装有易燃易爆等危险品的车辆。”施建新说，导静电轮胎可以避免普通轮胎与地面摩擦产生的静电，从而避免装有易爆品等危险品的车辆发生爆炸。

在石墨烯的诸多应用中，最受普通大众关注和期待的，是它改变手机等电子设备产品功能的可能性。

智能手机刚出现的时候，长时间通话、玩游戏，手机就会发烫。如今这一问题基本解决－－因为石墨烯材料极好的导热性得到了应用。常州市碳元科技公司近年来生产出石墨烯导热材料，迅速被应用在智能手机上，成为小米等手机的大客户。公司销售额在３年内从６００万元“爆发式”增至２亿元以上。

智能手机触控屏的性能提升将直观地改善用户操作体验。上个月，常州二维碳素科技公司推出了全球首款石墨烯压力触控传感器，这一技术应用于智能移动终端电子产品上，可实现多级按压感应、轻按、轻击、指甲敲击、壳体振动等多项功能。二维碳素科技公司周振义副总裁表示，这一技术充分利用了石墨烯高柔韧性、高灵敏度性等特点，改变了石墨烯一度只是简单替代传统材料的局面，为软硬件设计提供了充分想象空间。

值得一提的是，中国科学院重庆绿色智能技术研究院已成功制备出国内首片１５英寸单层石墨烯触摸屏，并正在开发系列基于石墨烯的柔性传感器件。今后手机、电脑的显示屏将超薄、超轻，可弯曲。

石墨烯另一个备受期待的贡献就是改进锂电池性能。成会明说，简单讲，在锂电池中加入石墨烯复合导电粉末，充电更快、容量更大、寿命更长。这有望让手机“秒冲”、电动汽车告别几小时充电成为现实。

被科学家预言将“彻底改变２１世纪”的石墨烯，还有什么令人期待？

根据此次三部门印发的《意见》，未来，石墨烯将在航空航天、武器装备、重大基础设施，以及新能源、新能源汽车、节能环保、电子信息等领域有广泛应用。而石墨烯薄膜、石墨烯功能纤维的穿戴产品的开发，也让这一新材料更好地服务民生。

发展路线渐明　石墨烯时代还有多远？

目前，石墨烯产业已被纳入国家战略布局。《中国制造２０２５》选择１０大优势和战略产业实现重点突破，在首个重点领域技术路线图中，石墨烯材料成为前沿新材料的四大重点之一。“十三五”新能源汽车重点专项，也将石墨烯等新材料列为重点发展领域。

值得关注的是，中国本身就有生产石墨烯的独特优势。据统计，我国石墨矿储量占到世界总储量的７５％，生产量约占世界总产量７０％。目前，我国石墨烯企业已超过百家，并在常州、无锡、青岛、深圳等地形成产业集群。

业界普遍认为，经过自主系统研发，生产技术、工艺装备和产品质量取得重大突破，我国石墨烯材料在储能器件、改性材料、智能穿戴等产品上的应用效果逐步显现，产业化步伐明显加快。我国石墨烯材料正处于从实验室走向产业化的关键时期。

把石墨烯产业打造成先导产业，国家政策指明了石墨烯产业的发展路线。业内人士认为，政策利好不断释放，石墨烯产业的发展将真正迎来春天。“２０１５年是我国石墨烯产业发展元年”，中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春说。

前景美好，“烯”望无限，但不得不承认，我国石墨烯产业发展仍有诸多短板亟待补齐。

中科院院士、北京大学教授刘忠范说，要实现石墨烯的“明星”应用，需要生产出低成本、高品质的石墨烯成品。“但业内人都知道，要制出这种石墨烯并非易事。我们在技术层面还有很多挑战，批量化或大尺寸生产都还没能克服”。

一些业内人士指出，欧盟在２０１３年初对石墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”给予１０亿欧元的资助，这是欧盟历史上最大的投资。而我们的投资力度还较弱，目前据公开资料还暂无政府性的石墨烯专项投资。即使是企业类投资，最大的一笔也不过５亿元。

而且，我国的石墨烯高端专业研发人才缺乏，研究力量也较为分散，亟须建立一条完整的石墨烯研发、生产、应用的全产业链，优化研究和产业化生产环境，强化分工合作共同对石墨烯的应用市场进行培育与开拓。

此外，虽然石墨烯研究应用发展迅猛，但石墨烯的研究单位和企业在石墨烯的定义、性能、制备方法等行业技术核心问题上尚未形成共识，石墨烯标准尚需进一步规范。

青岛高新区节能技术与新材料事业部部长张志强等表示，石墨烯产业必须避免当年纳米技术那样一哄而上的局面，需要整个资源进行创新布局，形成聚合效应。

施建新等业内人士也认为，国家应抬高石墨烯企业的准入门槛。治理、关停一批规模小、技术落后、污染严重的企业，将优质石墨烯资源配置给有实力、有技术、有社会责任的企业，做大做强高科技龙头企业集团。

看来，石墨烯大时代的到来，除了期待还需努力！（记者张旭东、于佳欣、任玮、李放、许晟、朱国亮）