手機、電腦等電子產(chǎn)品用久了會發(fā)熱，這是因為持續(xù)的工作產(chǎn)生的熱量無法通過散熱片及時與外界交換。隨著高功率電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代，對散熱的要求越來越高，而這恰恰是石墨烯的機會。

據(jù)陳成猛提供的資料，室溫下石墨烯的理論導(dǎo)熱系數(shù)高達5300瓦/米·開爾文，美國在實驗室已測到單片石墨烯熱導(dǎo)率超過4000瓦/米·開爾文，這超越了碳納米管、金剛石和高定向石墨，并遠遠高于導(dǎo)熱性能最好的金屬銅達一個數(shù)量級?！暗@些性能都是基于一個非常微觀的納米尺度，看不見、摸不著，真正應(yīng)用于實際就比較困難?！标惓擅驼f，依據(jù)石墨烯高導(dǎo)熱的性能，他們研究所已成功將石墨烯和碳纖維復(fù)合成新的薄膜，導(dǎo)熱率能超過1100瓦/米·開爾文。

氧化石墨烯算是石墨烯的“近親”，利用它制成的薄膜具有多種優(yōu)異性能。2012年，中國科技大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院近代力學(xué)系吳恒安教授與安德烈·蓋姆教授課題組合作，利用氧化石墨烯制作出一種新型隔氣透水薄膜材料。他們做了一項有趣的實驗，用這種薄膜封好一瓶伏特加酒，結(jié)果隨著水分蒸發(fā)，酒的味道越來越濃。吳恒安說：“水與石墨烯表面特殊的相互作用，加速了水分子通過納米寬道的速度”。

2014年，這個合作研究組進一步制作出具有超強離子篩選功能的氧化石墨烯薄膜。據(jù)吳恒安介紹，水環(huán)境中的氧化石墨烯薄膜在水的作用下，可以阻止水中半徑大于0.45納米的離子或分子通過。這些發(fā)現(xiàn)在海水淡化與凈化、傳感技術(shù)以及能源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

碳族新秀太“貴族”

有著碳族眾多優(yōu)良基因的石墨烯，走向市場還要假以時日。陳成猛告訴記者，目前絕大多數(shù)石墨烯廠家還處于從實驗室到中試，或中試向產(chǎn)業(yè)化的過渡階段。

“事實上，石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，面臨的核心問題是，下游應(yīng)用沒有打開，石墨烯無法產(chǎn)品化，生產(chǎn)工藝也就無法定型和固化?！标惓擅驼f。當前石墨烯“有價無市”，價格過高。根據(jù)不同的品味，石墨烯價格在每克1000元到8000元價格不等，高昂的價格抑制了市場需求，現(xiàn)有需求僅限于研究機構(gòu)、科研院所。

而制備技術(shù)不成熟也阻礙了石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用。陳成猛介紹，制備石墨烯目前比較成熟的方式有物理法和化學(xué)法，其中物理法的典型代表是用膠帶粘貼的方式從石墨晶體上獲得，這種方法能拿到結(jié)構(gòu)非常完美的石墨烯晶體，比較適用于開發(fā)電子器件或物理研究，但無法量產(chǎn)。

量產(chǎn)主要依賴化學(xué)法，一種被學(xué)界稱為“自下而上”法，也就是從小分子或碳原子通過化學(xué)氣相沉積、外延生長或有機合成等途徑組裝成石墨烯片。這種方法規(guī)模相對容易做大一些，所獲石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)相對完整，更適合去做觸摸屏或太陽能電池的透明導(dǎo)電薄膜。另一種方式就是“自上而下”法，有時也叫化學(xué)剝離法，就是把三維的石墨晶體層層拆解開來，剝成單層或少數(shù)幾層的石墨烯產(chǎn)品。

“各廠家的工藝路線和所用插層劑是有差別的。有的用鹽插層然后液相剝離，這種方法制備的石墨烯含氧量低，導(dǎo)電性能好，但剝離程度相對低一點，比表面積不太大，更適于做導(dǎo)電劑；有的先氧化插層然后剝離，這種方法剝離程度高，比表面積大，但做出的石墨烯缺陷比較多，含氧量大，表面活性強，更適合去做催化、儲能等應(yīng)用?！标惓擅驼f。面向石墨烯材料的先進工藝開發(fā)、裝備制造和過程控制仍然是個大課題。

從目前的技術(shù)發(fā)展來看，最有可能實現(xiàn)工業(yè)化使用石墨烯的下游行業(yè)是復(fù)合材料領(lǐng)域和顯示技術(shù)領(lǐng)域。將石墨烯添加到塑料、橡膠、涂料等基體中，“調(diào)”出來的產(chǎn)品在性能上會更強。而對于氣相沉積法制成的石墨烯，陳成猛認為其應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在觸摸屏和太陽能電池等領(lǐng)域。