10月29日,來自英國曼徹斯特大學的安德烈.蓋姆(AndreGeim)在中國青島舉辦的“2015中國國際石墨烯創(chuàng)新大會”上受到明星一般的歡迎。他的名字,如今與“萬能材料”石墨烯一樣出名。
作為2010年諾貝爾物理獎獲得者、石墨烯的第一位發(fā)現(xiàn)者,當他從一家中國企業(yè)手中接過一款創(chuàng)新產(chǎn)品――石墨烯護腰的時候,他原本略顯嚴肅的嘴角上,露出一絲不明顯但又意味深長的微笑。
作為一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料,石墨烯可以說是目前世界上最薄也是最堅硬的材料,具有超薄、超輕、超高強度、超強導電性、優(yōu)異的室溫導熱和透光性,結(jié)構(gòu)也非常穩(wěn)定。它不僅有望使鋰電池功效倍增,更有望替代硅,制造未來新一代超級計算機。
從2004年在實驗室中被發(fā)現(xiàn),到2010年發(fā)現(xiàn)者被授予諾貝爾獎,到現(xiàn)在石墨烯產(chǎn)業(yè)遍地開花,這種代表下一個時代的新型“萬能材料”,其應用前景不可限量。但當前其應用局面魚龍混雜,一方面是跟真正的石墨烯薄膜關系并不十分密切的石墨礦資源受到熱捧,一方面是純粹炒作石墨烯概念的產(chǎn)品層出不窮。
與國際上往往由科技巨頭企業(yè)主導、從研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化的鏈條十分通暢的狀態(tài)相比,中國面臨著石墨烯研發(fā)仍然局限于高校和科研院所、與實際應用脫節(jié)的困境。中國的石墨烯產(chǎn)業(yè)何去何從,不僅需要國家層面的引導,更需要足夠的時間和足夠的耐心。
“萬能材料”
10月23日,中國國家主席習近平參觀了蓋姆所在的曼徹斯特大學國家石墨烯研究院。當天上午,中國企業(yè)華為對外宣布與曼徹斯特大學進行共同開發(fā)ICT領域的下一代高性能技術的合作研究,研究如何將石墨烯領域的突破性成果應用于消費電子產(chǎn)品和移動通信設備。
華為公司創(chuàng)始人任正非,此前多次談到石墨烯,提出“這個時代將來最大的顛覆是石墨烯時代將顛覆硅時代”的想法,并認為未來10年至20年內(nèi)將爆發(fā)一場技術革命。
石墨烯是由單層碳原子層構(gòu)成的蜂窩狀晶格二維原子晶體,理論厚度僅為0.34納米,具有優(yōu)良的導熱性能、力學性能、較高的電子遷移率、較高的比表面積和量子霍爾效應等性質(zhì)。
正是由于這些特殊而優(yōu)異的物化性能,使得石墨烯在微電子、物理、能源材料、化學、生物醫(yī)藥等領域體現(xiàn)出了潛在的應用前景。2004年,英國曼徹斯特大學的安德烈?蓋姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫(KonstantinNovoselov)從石墨薄片中剝離出了石墨烯,他們二人因此榮獲2010年諾貝爾物理學獎。
雖然他們使用的方法非常原始,但是這一發(fā)現(xiàn)的偉大之處,在于打破了國際物理學界長達半個世紀的一個結(jié)論――無法得到穩(wěn)定的石墨烯。實際上,就在發(fā)表蓋姆那篇著名論文的同一期《自然》雜志上,也發(fā)表了中國學者張遠波與合作者的一篇關于石墨烯的文章,但是諾貝爾獎并未青睞后者。這在當時,被看做國內(nèi)學者距離諾貝爾最近的一次。
張遠波與合作者以及蓋姆小組在2005年的工作,引領了全球?qū)κ┑难芯俊4撕?,張遠波的工作主要集中在石墨烯的制備、電學輸運特性、掃描隧道能譜,以及遠紅外能譜的測量,一直活躍在這個領域的前沿。 張遠波對財新記者說,從他們兩個小組發(fā)現(xiàn)石墨烯新的物理現(xiàn)象后,這個領域就呈現(xiàn)爆炸性的增長,現(xiàn)在還沒有飽和的跡象。
公眾每天都會用到的智能手機,最關鍵的一部分就是有一塊既能導電又非常透明的觸摸屏。石墨烯恰好就具備這樣的特性,讓它可以做成這樣的觸摸屏。而且石墨烯的強度和柔韌性,比目前的透明電極材料氧化銦錫(ITO)要更好。
早在2010年,韓國成均館大學和三星公司的研究人員,就制造出由多層石墨烯和聚酯片基底組成的透明可彎曲顯示屏。當時,論文通訊作者、成均館大學教授洪秉熙就提出,他們的方法可用于制造基于石墨烯的太陽能電池、觸摸傳感器和平板顯示器。但他當時也承認,大規(guī)模制造和商業(yè)化還為時尚早。
不過,五年來的發(fā)展,也出乎他的意料。在10月底在青島召開的石墨烯創(chuàng)新大會上,洪秉熙介紹說,石墨烯透明電極已經(jīng)廣泛地應用于各種各樣的柔性光電器件,包括觸摸屏傳感器、有機發(fā)光二極管(OLED)和有機光伏器件。