石墨烯上CCTV啦!新聞頻道專題節目《石墨烯到底有多神奇?》(附視頻)

小烯導讀

進入2017年以來，石墨烯越來越火，先是石墨烯發熱服登上了央視春晚，四部委發布《新材料產業發展指南》，石墨烯又強勢上榜，就在今天的CCTV13新聞頻道的朝聞天下欄目中，播出了長達10分多鐘的專題《石墨烯到底有多神奇》，下面我們一起去看看。

現在，說到最火的新裝備，大家會想到無人機，說到最火的新技術，大家會想到人工智慧、3D列印，說到最火的新材料，那肯定就是石墨烯。到底石墨烯是「何方神聖」，根據已知的信息，石墨烯的厚度是頭髮絲的20萬分之一，強度是鋼的200倍，是世界上已知的最輕最薄、最強的材料。

 

目前已有公司宣稱用石墨烯來做快速充電電池，只需20秒就可以給手機充滿電。除了電池，還有公司用石墨烯做內衣、襪子等。那麼，石墨烯到底是何方神聖呢？我們跟隨記者去了解一下。

在電影《阿凡達》裡，導演通過電腦特技向我們描繪了一個虛構的星球潘多拉。強大的人類艦隊跨越幾個光年來到這裡，不惜破壞這裡的生態，屠戮原住民，為的就是得到這個星球上一種特殊的資源-Unobtainum，價值2000萬美金每公斤。這個在電影裡一閃而過的材料Unobtainum，翻譯成中文字面意思就是「難得的元素」。這可不是瞎編出來的詞，在航空領域，熱門用難得的元素來形容性能完美的材料。比如輕如空氣同時強如鋼鐵的材料。而今天，一種神奇的材料正在接近人類夢想當中「難得的元素」。這就是石墨烯。

 

他和我們常見的鉛筆芯一樣，是由碳原子構成。只不過，石墨烯是由一層碳原子在平面上構成，可以說，它的特點就是薄，薄到不能再薄。

 

中國電科第55研究所重點實驗室副主任孔月嬋博士：首先，石墨烯的硬度非常強，比現在最好的鋼鐵還要強100倍，它的電子的速度非常高，是矽的10倍。同時，石墨烯還是傳導熱量的高手。比最能導熱的金屬銀還要強10倍。正是這樣全面的性能，讓石墨烯得到了前所未有的關注。在資本市場上，任何一家和石墨烯有關的上市公司都會引來熱錢的追捧，人們甚至開始預言，石墨烯的出現將帶來一場由材料進步引發的工業革命。

 

原來《阿凡達》和我們的現實世界還有如此巧妙的連結。先來解釋下石墨烯的超凡性能，大家可以換算一下。比如說「超薄」，1mm石墨的薄片，可以剝出來150萬片的石墨烯，也就是說把一毫米分成150萬片。比如說「超輕」，1g的石墨烯做出來之後能做多大？1g石墨烯能夠覆蓋一個足球場。

再說「超硬」，石墨烯做成食品保鮮膜厚度的膜，想拿鉛筆戳穿，上面得需要一頭大象。這些特性在自然界是無可匹敵的，放在工業領域，也是無所不能。

所以說石墨烯是新材料之王，人稱」黑金「。石墨烯真的有這麼神奇嗎？人類是如何製備出石墨烯的呢？

我們在學生時代可能都會有這樣的經歷，就是在我們的白紙上寫錯字的時候，就會用透明膠把寫錯的字粘掉。誰也沒有想到的是，就是憑藉這樣簡單的辦法讓人類找到了神秘的石墨烯。製作石墨烯，簡單說就是把石墨變薄，不能靠切，不能靠磨，而是要靠粘。

2004年英國曼徹斯頓大學的兩位科學家——安德烈海姆和諾沃肖洛夫嘗試用膠帶粘出了石墨烯。別小看這個方法，自從有了這個點子之後，兩位科學家就拿了諾貝爾獎。那麼用膠帶怎麼就能產生這個具有革命性的新材料呢？我們特意請中國電科第55研究所重點實驗室高級工程師吳雲博士做了一個現場試驗。

1、將石墨片粘到膠帶上面，粘一小片就夠了；

2、然後我們對它進行摺疊的、交疊的撕拉，這樣它中間的分子粒會脫落，一片變兩片，兩片變四片，會越剝越薄；

3、重複四五十次。

足足粘了有半個小時，膠帶上現在已經布滿了灰色的石墨，然後吳博士用膠帶將這些石墨轉移到了一個矽片上。吳博士提示我們說，現在我們看到的都不是石墨烯，因為石墨烯不僅非常薄，厚度甚至不到頭髮絲的萬分之一，而且它的透光率達到了97％以上，幾乎完全透明，人的肉眼是根本看不到的，要找到它還得用技術手段。

 

通過顯微鏡的觀察，吳博士指著顯示器呈現出來的畫面說：「這一塊是比較明顯的，這個應該是多層的石墨片結構。而我們看到這種很淡的形狀的，它可能就稍微薄一些，因為我們石墨烯透光率非常好，所以我們在這裡面顯現越模糊的就越有希望是這種比較薄的石墨結構。」

其實，大家剛才看到的這個辦法是人類最初生產石墨烯的方法，而現在隨著技術進步，高質量的石墨烯已經可以大規模量產。當然，只是生產出來還不夠，必須要和應用接軌。大家最關心的就是石墨烯在人們日常生活中能發揮什麼作用。

目前，最令人期待的就是石墨烯可能改變手機的充電方式。未來的石墨烯電池容量更大、壽命更長，充電時間更短。而電動汽車的充電問題也可以迎仍而解了。這並不是空想，事實上，相關的研究工作正在進行當中。

在天津電源研究所，這裡的科研人員正在進行最先進的電容器的研究。電容器和電池一樣，都能用來儲存電能。它的優勢在於充電速度快，幾分鐘就可以充滿，而且可以重複使用幾萬次。但是，它存儲的電量不如電池多。

 

中國電科第18所重點實驗室副主任丁飛博士：這是我們已經做好的改性石墨烯配成的漿料。下一步我們將漿料通過塗布機塗到鋁箔上，變成我們石墨烯電容器的正極材料。電容材料對電容器的性能有著至關重要的影響。科研人員正在將電容器的儲電能力，一步一步向電池靠攏。而同時，它擁有的超快充電速度，也能夠為人們的生活帶來便利。

中國電科第18所重點實驗室副主任丁飛博士：我們做的改性石墨烯電容器，它的能量密度基本上是傳統電容器的10倍左右，接近目前鋰離子電池的能量密度，可以使電動車充一次電行駛更遠的距離。

其實除了電池之外，石墨烯在其他領域還給我們帶來很多的可能性。比如說可以用來做更輕薄的防彈衣，用它製作曲面的手機和電腦顯示屏等等，曾經有科學家預言，石墨烯將徹底改變21世紀，甚至引發新一輪工業革命，為什麼這麼說呢？

 

電子晶片的基礎材料是矽，然而隨著晶片上原器件越來越密集，在最高端的晶片上，兩個原器件之間的距離已經不到10nm，幾乎達到了矽材料的極限。要繼續提高性能，該怎麼走呢？科研人員已經在研究用石墨烯部分代替矽的作用。

 

中國電科第55研究所重點實驗室副主任孔月嬋博士：這個是我們用石墨烯做好的一個器件。由它製備的器件的工作頻率，理論上可以達到矽的十倍甚至上百倍。比如說它在雷達上面應用，可以大幅提高雷達的解析度。還有在通訊、成像等系統都有比較廣泛的應用。除此之外，這裡的科研人員還在做另一件大事，他們讓石墨烯附著在厚度只有50nm的金箔上，然後用一種新的技術，把石墨烯完整的轉移到塑料片上。

 

中國電科第55研究所重點實驗室高級工程師吳雲博士：在電子器件裡面，專用的這樣一個塑料襯底，它具備柔性，並且比較適合我們電晶體的製備過程。石墨烯轉移技術是我國具有自主智慧財產權的技術，有了這個獨門秘籍之後，在這個塑料片上，就能夠生成一定功能的電子器件。最關鍵的是，這樣的電子器件是可以輕鬆彎曲的。

未來，無論是可以摺疊的顯示屏還是可以植入人體的可穿戴設備，都離不開這樣的石墨烯器件。而利用石墨烯製造新一代器件，也有望讓我國的晶片製造業實現彎道超車，達到國際先進水平。

石墨烯使我們對未來的世界充滿期待，手機充電可以秒充，電子屏幕可以隨意彎曲，汽車使用石墨烯導靜電輪胎可以去除靜電，避免摩擦靜電引發爆燃。此外，從航空航天、武器裝備到節能環保、電子信息，石墨烯在未來很多領域都大有作為。

 

其實早幾年，石墨烯的概念早已刷屏，但是能夠發揮它的優異特性的商用產品遲遲未能出現。真正好的石墨烯產品的問世究竟要到什麼時候？我們看到很多科研機構、大學都在積極研發當中。但是，採訪中，石墨烯的科研人員也告訴記者，目前即使是在實驗室條件下，石墨烯的神奇性能仍然沒有完全釋放出來，技術層面還存在不少的挑戰。因此，真正大面積的應用還需要很長的路要走，讓我們共同期待。

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