從市場(chǎng)來(lái)看，其實(shí)石墨烯的發(fā)展前景，也未必就有多么的光明。我們都知道一個(gè)技術(shù)能否發(fā)展起來(lái)，并非僅僅看它的前沿性。研究人員給出了許多種石墨烯的應(yīng)用方向，似乎石墨烯是萬(wàn)能的，每個(gè)領(lǐng)域都有不錯(cuò)的發(fā)展。但是一旦上升到工業(yè)層次，都需要在對(duì)應(yīng)領(lǐng)域?qū)ふ疑婵臻g。

1、獲諾貝爾獎(jiǎng)僅6年時(shí)間

石墨，一直以來(lái)我們都很熟悉。

海灣戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)，石墨炸彈在“沙漠風(fēng)暴”行動(dòng)中首次登場(chǎng)。美國(guó)海軍發(fā)射艦載戰(zhàn)斧式巡航特種，向伊拉克投擲石墨炸彈，攻擊其供電設(shè)施，使伊拉克全國(guó)供電系統(tǒng)85%癱瘓。在電氣工業(yè)上用作制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀正流器的正極，石墨墊圈、電話零件，電視機(jī)顯像管的涂層的材料也是石墨。石墨可謂人盡皆知。那么最近大熱的石墨烯又是什么物質(zhì)呢？

我們經(jīng)常可以在各種科技網(wǎng)站中看到石墨烯的新聞。似乎這種新材料具有很大的潛力，可以影響多個(gè)行業(yè)。甚至有人說(shuō)這是未來(lái)材料革命的核心技術(shù)。那么這種說(shuō)法靠譜嗎？其實(shí)石墨烯的確也是香餑餑一個(gè)。2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆(AndreGeim)和康斯坦丁·諾沃肖洛夫(KonstantinNovoselov)，成功地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨烯，兩人也因“在二維石墨烯材料的開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。僅僅6年的時(shí)間，一種新材料的發(fā)現(xiàn)，就被諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)所肯定，由此也可見(jiàn)石墨烯的重要性。

從技術(shù)看，石墨烯和石墨的關(guān)系非常的密切。石墨烯是由碳六元環(huán)組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，它可以翹曲成零維(0D)的富勒烯(fullerene)，卷成一維(1D)的碳納米管(carbonnano-tube，CNT)或者堆垛成三維(3D)的石墨(graphite)，因此石墨烯是構(gòu)成其他石墨材料的基本單元。

石墨烯是一種二維材料，也是未來(lái)科技研究的一個(gè)重要方向。在科幻圈非常火熱的《三體》小說(shuō)中，就對(duì)于這種研究方向進(jìn)行了渲染。外星高等文明三體人制造的智子用于監(jiān)視并鎖死地球的基礎(chǔ)科學(xué)。這種微觀計(jì)算機(jī)通過(guò)將質(zhì)子二維展開(kāi)，將二維的質(zhì)子改造成計(jì)算機(jī)后轉(zhuǎn)回到高緯來(lái)制作。

當(dāng)然石墨烯還沒(méi)有如此出神入化，但是石墨烯給予很多人非常的深刻的印象，石墨烯能否改變我們未來(lái)的生活呢？今天我們就來(lái)深度解析石墨烯這種大名鼎鼎的材料。2、膠帶粘出來(lái)的高科技？

石墨烯雖然是高科技材料，但是很容易得到。只要使用膠帶在粘在石墨的表面，撕下來(lái)之后，經(jīng)過(guò)一定的處理就可以得到石墨烯了。當(dāng)然這種原始的方法，不能適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)。（石墨烯的制備一直是個(gè)大問(wèn)題，我們之后再談。）石墨烯是一種碳納米二維材料，平面像六角的蜂巢結(jié)構(gòu)，質(zhì)料非常牢固堅(jiān)硬，在室溫狀況，傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快，而全材料僅一個(gè)碳原子厚度，是全世界已知材料最薄的。其實(shí)分析石墨烯的性質(zhì)，可以從不同的角度來(lái)看。

力學(xué)性質(zhì)：已知機(jī)械強(qiáng)度最高的材料

石墨烯是人類(lèi)已知機(jī)械強(qiáng)度最高的材料，它的楊氏模量高達(dá)1TPA，比鋼鐵還高200倍。因此石墨烯可以制成碳纖維、復(fù)合材料、復(fù)合金屬等，在特種等領(lǐng)域有一定的潛力。楊氏模量是描述固體材料抵抗形變能力的物理量。

熱學(xué)性質(zhì)：導(dǎo)熱性能良好

石墨烯的導(dǎo)熱性能優(yōu)于碳納米管。普通碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)3500W/mK，理論值甚至高達(dá)6000W/mK，是目前導(dǎo)熱率最高的天然材料金剛石的2.5倍。因此石墨烯在需要導(dǎo)熱的領(lǐng)域，也是前景巨大。其實(shí)我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C(jī)、筆記本電腦等產(chǎn)品都需要良好的導(dǎo)熱。

石墨烯具有多種優(yōu)質(zhì)特性

光學(xué)性質(zhì)：透明度高

石墨烯單層對(duì)可見(jiàn)光僅2.3%的吸收，透明度為97.7%。利用這個(gè)性質(zhì)，可以代替目前液晶面板使用的ITO導(dǎo)電玻璃，因?yàn)镮TO玻璃的基本要求就是導(dǎo)電和透明度，顯然石墨烯是有這樣的優(yōu)勢(shì)的。

電學(xué)性質(zhì)：比表面積大

石墨烯有很大的比表面積，可以攜帶更多的鋰離子，得到和失去鋰離子的速度都很快，這種特性給鋰電池增加容量，加快充放電速度提供了物理基礎(chǔ)。這樣我們以后的手機(jī)電池，就可以不必一天一充了。

比表面積是指單位質(zhì)量物料所具有的總面積

其實(shí)石墨烯還有很多的特性，但是可以應(yīng)用在IT行業(yè)的特性，主要就是上面幾種。屏幕和電池是石墨烯的主攻市場(chǎng)。雖然我們上面分析了石墨烯具有的特性，但是實(shí)際的應(yīng)用面臨的問(wèn)題也很多。接下來(lái)我們就分析一下石墨烯在屏幕以及電池行業(yè)的發(fā)展。3、一天一充電可不容易

石墨烯電池吵得很熱，這是因?yàn)槟壳暗碾姵丶夹g(shù)，已經(jīng)接近20年沒(méi)有長(zhǎng)足的進(jìn)步了。我們?cè)谑褂弥悄苁謾C(jī)的時(shí)候，也強(qiáng)烈感受到電池技術(shù)的桎梏。石墨烯有很大的比表面積，但是在試驗(yàn)中，石墨烯做負(fù)極的鋰電池循環(huán)壽命很差，充放電快，但是用不了太久。于是人們就開(kāi)始研發(fā)各種各樣的復(fù)合材料來(lái)做負(fù)極，試圖找到一種材料，能把充放電速度快、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高能量密度結(jié)合起來(lái)。但是目前這種努力還沒(méi)有成果。

石墨烯電池的成本高

此外把一個(gè)電極的材料全換成石墨烯在鋰電池中應(yīng)用，石墨烯主要起到的作用，一是導(dǎo)電劑，二是可能做電極嵌鋰材料。這兩點(diǎn)作用傳統(tǒng)的導(dǎo)電碳/石墨都可以做到，縱然石墨烯放電與充電的速度更快，但是成本卻非常的高昂。

相反我們國(guó)家是一個(gè)石墨資源比較豐富的國(guó)家，目前石墨的價(jià)格比較合理，所以才可以大面積的應(yīng)用。對(duì)比石墨烯，由于制備技術(shù)還沒(méi)有獲得突破，所以石墨烯的成本很高。因此即便解決了復(fù)合電極的問(wèn)題，成本的問(wèn)題也不是短時(shí)間可以解決的。

并且石墨烯做負(fù)極，理論上最多是石墨負(fù)極兩倍的容量，首次效率低，性能受表面狀態(tài)影響極大等特點(diǎn)，也使得石墨烯作負(fù)極的優(yōu)勢(shì)并不明顯。并且目前電池領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始使用硅來(lái)作為負(fù)極。硅的理論容器近石墨的10倍，因此石墨烯解決了復(fù)合材料與成本問(wèn)題之后，也要面臨硅的挑戰(zhàn)。在電池領(lǐng)域，石墨烯要走的道路還很長(zhǎng)。4、石墨烯不是全能選手

就石墨烯本身的發(fā)展來(lái)看，其遇到的最大問(wèn)題，其實(shí)是制備的問(wèn)題。依靠膠帶來(lái)粘，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)肯定是不現(xiàn)實(shí)的。目前也有很多方法用于制備石墨烯，主要分為機(jī)械方法和化學(xué)方法。一般來(lái)說(shuō)機(jī)械的方法，無(wú)法實(shí)現(xiàn)低成本大規(guī)模的生產(chǎn)，而化學(xué)的方式容易破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)，一旦結(jié)構(gòu)破壞了，石墨烯的各種特性都會(huì)出現(xiàn)變化。

石墨烯大規(guī)模制備還是問(wèn)題

從市場(chǎng)來(lái)看，其實(shí)石墨烯的發(fā)展前景，也未必就有多么的光明。我們都知道一個(gè)技術(shù)能否發(fā)展起來(lái)，并非僅僅看它的前沿性。研究人員給出了許多種石墨烯的應(yīng)用方向，似乎石墨烯是萬(wàn)能的，每個(gè)領(lǐng)域都有不錯(cuò)的發(fā)展。但是一旦上升到工業(yè)層次，都需要在對(duì)應(yīng)領(lǐng)域?qū)ふ疑婵臻g。

石墨烯前景并沒(méi)有想象的光明

我們分析了石墨烯在電池領(lǐng)域的發(fā)展，也是可以看到上面的問(wèn)題。石墨烯必須與對(duì)應(yīng)領(lǐng)域里的技術(shù)相結(jié)合，才可以具有發(fā)展的前景。但是石墨烯又面臨對(duì)應(yīng)領(lǐng)域技術(shù)的挑戰(zhàn)。

其實(shí)這也不僅僅是石墨烯遇到的問(wèn)題，比如我們一直在熱議的OLED屏幕，其在特性上相比于目前的液晶屏幕，的確有著很多的優(yōu)勢(shì)。但是由于升級(jí)的效果不明顯，所以也像石墨烯一樣，發(fā)展得步履蹣跚。因此對(duì)于石墨烯，我們不必抱有太興奮的心情，或許石墨烯最后開(kāi)花結(jié)果的行業(yè)，只有那么一兩個(gè)而已。