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石墨烯或将改变人类未来 应用五大领域

发布时间:2019-10-12 17:30:46 编辑:笔名

1月16日上午,长江商报记者致电重庆市高新区金凤电子信息产业园,确认了石墨烯手机已经投入生产的消息。然而电子科技大学教授、博士生导师陈泽祥对此却深表怀疑,他在电话里告诉笔者,“可能是炒作”。

日前,重庆市高新区金凤电子信息产业园产业部宣布正式投产石墨烯手机,“石墨烯手机的正式投产,意味着我们在石墨烯材料智能终端应用上取得了第一个突破点。”该产业园相关负责人对媒体表示。据悉,该产业园还计划在今明两年引进20至30家石墨烯企业,并雄心勃勃地制定了2020年前达到400亿产值的目标。

而在此之前的2014年12月14日,国家主席习近平前往江苏产业技术研究院,对有关石墨烯的研发等展开考察,从而在股市又引发了一股石墨烯概念的炒作热潮,相关板块应声而涨。

石墨烯自2004年被英国曼彻斯特大学两位科学家发现后,很快因其强度最高、韧性最好、重量最轻等众多惊人的优良性能而被世人关注。2010年,两位科学家因该发现而被授予诺贝尔物理学奖。近十年来,有关石墨烯的研究炙手可热,石墨烯也因其在能源、生物技术、航天航空等领域具有极其广泛的应用前景而被认为是“具有革命性意义的材料”、“二十一世纪的材料之王”。有专家预计,未来5至10年,全球石墨烯产业规模将超过1000亿美元。

然而统计数据显示,在沪深两市60多家和石墨烯有关的上市公司中,没有一家因为石墨烯而获得利润,业内分析人士称“没有一个赚钱的”。此前,金路集团曾发布公告称,拟转让有关石墨烯的知识产权和技术成果权益。金路集团被迫抛弃“石墨烯”的原因,据解释是资金紧张,然而却也引发了市场对于石墨烯现状的担忧。

石墨烯前景究竟如何,笔者就此对这一新材料展开调查。

众多惊人特点应用五大领域

根据相关研究报告,石墨烯(Graphene)是一种由C原子经sp2电子轨道杂化后形成的蜂巢状的准二维结构,是C元素的另外一种同素异形体。与其他新材料相比,石墨烯具有众多优良的特点,如载流子迁移率高、电流密度大、强度高、导热率高、最薄最轻最硬,同时具有高性能传感器、可强化电子输送、催化剂、吸氢、双极半导体、无散热传输等功能。由于石墨烯的性能优良、功能众多而被广泛应用到锂电子电池、超级电容、导电油墨、触摸屏、软性电子、散热、涂料、传感器等领域,此外,在高频电子、环保、光电、聚合物、海水淡化、太阳能电池、燃料电池、催化剂、建筑材料等领域,也能发现石墨烯的身影。

目前中国、美国、欧盟、韩国、日本等国家和组织均将石墨烯的研究提升至战略高度。相关数据显示,有关石墨烯的专利申请逐年倍增,2009年全球专利申请数量为165篇,2012年则达到1829篇,其 中来自中国的专利申请位居第一,达总量的50%以上,占据绝对优势地位。

有专家预计,未来几年内,石墨烯将主要用于“超级电容器”、“触摸屏”、“结构材料”、“传感器”、“高性能计算机”五大领域。

突破技术障碍有革命性意义

以石墨烯为材料,可以制造出众多与人们生活息息相关的用品,如电池、夜视镜、医用扫描仪、防弹衣、避孕套、3D打印机、弯曲的手机等。而其中为人们所熟知是石墨烯聚合材料电池,即“超级电池”,其成本比传统锂电池低77%,重量也仅为传统电池的一半,但储电量却是目前市场上性能最好的电池的三倍,以此为电力的电动车将会大大突破以往电池行驶里程的限制,最高可以行驶1000公里,而充电时间仅为8分钟,比传统锂电池充电时间快十倍。

2014年12月26日,美国电动汽车制造商特斯拉发布了第一代车型Roadster(敞篷跑车)的升级版,续航里程达到644公里,比原版393公里的续航里程高出60%,电池容量则高出近70%。此前,全球的汽车制造商们主要以三种锂电池为动力:镍钴铝酸锂电池(钴酸锂电池)、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池。镍钴铝酸锂电池主要应用在美国,以特斯拉为代表;磷酸铁锂电池主要在中国应用,以比亚迪汽车为代表;锰酸锂电池则主要应用在日本。这三种电池,镍钴铝酸锂电池能量密度最高,但高温下最不稳定,磷酸铁锂电池虽然最稳定,但能量密度又不高。

由于传统的锂电池功率密度受限,无法快速吸收和释放大量能量,而导致电动汽车的行驶里程、充电时间等均受到制约,这也是中国新能源汽车推广长达5年而一直没有取得预期效果的原因所在。中国预计在2015年销售纯电动汽车和插电式混合动力汽车50万辆,然而截至2014年12月,新能源汽车销售量尚且不足6万辆,差距巨大。这其中除了充电设施不完善,不便充电外,电量有限、续航里程短是关键的技术障碍。

有关研究人员介绍,目前国内主要研究的是将石墨烯运用到锂电池上,而非全新体系的“超级电池”。时至今日,传统锂电池的技术已经长达20年没有任何实质性的革新,故石墨烯“超级电池”的出现,对新能源汽车行业来说,无疑具有革命性的意义。

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