緣「糞」一線牽：石墨烯摻鳥屎會怎麼樣？

近日，在國際知名期刊ACS Nano上刊登了一篇名為「Will Any Crap We Put into Graphene Increase Its Electrocatalytic Effect?「的文章。中文的題目翻譯過來就是」石墨烯裡摻雜任何垃圾都能提高它的電催化性能嗎？

研究人員發現近幾年來，大家對石墨烯的研究熱情十分高漲，無論什么元素的摻雜都能改善其電化學性質。本文的作者做了一項十分大膽且無釐頭的嘗試，在石墨烯裡加入了一種生物元素：海鷗糞。是的，你沒有看錯，換句話說，他在石墨烯裡摻了鳥屎。

作者腦洞離譜，但是他驗證方法是十分嚴謹的。首先他對摻雜海鷗糞的石墨烯和普通石墨烯的性能進行了對比，催化性確實有了提升。然後他將摻雜了海鷗糞的石墨烯進行了元素分析，裡面確實多出了額外的N、S和P元素。最後他還認真的建議可以通過控制餵海鷗不同的飼料可產生元素摻雜比不同的材料。

用便宜的鳥糞來摻雜石墨烯比許多複雜的多元素摻雜程序能產生更多的電催化材料，看起來是很戲謔。但無論文章作者的意欲如何，石墨烯的應用前景十分廣闊是毋庸置疑的。

首先，讓我們先認識一下什麼是石墨烯。石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。它和普通的石墨、碳或者鑽石一樣都是由碳原子組成，從物質上來說是沒有任何區別的。而它們區別就在於原子在微觀結構上排列方式不同。石墨烯與石墨在二維平面上的結構是相同的，但石墨烯在第三維上是納米級的。作為納米材料，石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。

利用石墨烯能導電和比較自由地傳遞電子這一特性，可以用做電纜屏蔽層材料。電纜屏蔽層是在電纜結構上一種必要的結構。所謂「屏蔽」，實質上是一種改善電場分布的措施。電纜導體由多股導線絞合而成，它與絕緣層之間易形成氣隙，導體表面不光滑，會造成電場集中。在導體表面加一層半導電材料的屏蔽層，它與被屏蔽的導體等電位，並與絕緣層良好接觸，從而避免在導體與絕緣層之間發生局部放電。

在電力系統網頁上相關文章的說明中，目前使用的導電炭黑作為導電填料添加在高分子材料中，提高了材料的導電率。但是由於導電炭黑的導電率有限，需要大量添加，使得這種添加了大量炭黑的複合材料韌性降低，在製作成包覆在導體表面的半導電層後容易開裂，材料表面也不均勻。

石墨烯具有導電性極強的優良特性，是能隙為零的半導體，電子的運動速度能達到光速的1/300，遠超其他金屬導體或半導體的運動速度。常溫下其載流子遷移率最高，它的電阻率比銅(中國目前生產電線電纜導體用首選原材料)或銀更低，為目前世界上電阻率最小的材料。正是因為石墨烯具有導電性優異等特點，故被應用於電纜導體中能夠增加相同導體的導電量。添加了石墨烯在半導電材料後，大大降低炭黑的使用量，解決了材料本身韌性低和表面不平滑的問題。

石墨烯複合高半導電導體屏蔽材料利用石墨烯良好的導電性、導熱性和高比表面積。採用石墨烯最佳添加比例、解決了石墨烯均勻分散的技術問題、研究了其導電機理、改善了原有電纜用半導電材料的加工成型技術難題。它大大降低了電纜內外半導電屏蔽層的體積電阻率，改善了屏蔽層的熱穩定性，提高了屏蔽層對電場的均化效果，減少了電纜運行中可能出現的局部放電現象，並且提高了電纜的使用壽命。

石墨烯作為當前研究的熱點材料,每年會出版數千篇關於石墨烯的研究論文,並且預計未來幾年這個數字將會繼續增加,這些論文主要集中在石墨烯的製備技術,性能研究以及石墨烯複合材料的應用等方面。然而,必須注意到,歷史見證了許多「新」材料的興起和廣泛的應用還需要時間,儘管石墨烯製備技術快速發展, 但仍缺乏用於大規模生產高質量石墨烯且具有成本效益的方法。當前的石墨烯製備技術在規模化程度、生產成本、工藝要求、尺寸、純度、結構的完整性等各方面還存在各種問題和不足。基於已有的研究成果，最先實現商業化應用的領域可能會是行動裝置、航空航天、新能源電池領域。期待石墨烯在未來能帶給我們更多驚喜。

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