刘忠范院士谈材料之光：神奇的“新材料之王”石墨烯

Categories:Knano News
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Time of issue:2021-08-05 14:26
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石墨烯是由碳原子紧密堆积而成的二维晶体，是目前已知的最薄也最坚硬的纳米材料，具有超薄、超轻、超柔韧、超高强度、超强导电性、优异的导热和透光性等特性，集透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等多种优异性能于一身，在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等诸多领域有着广阔而巨大的应用潜能,是主导未来高科技竞争的超级材料，被称为“黑金”、“新材料之王”。

日前，刘忠范院士做客中国经济大讲堂，谈材料之光：神奇的“新材料之王”石墨烯。

石墨烯是怎么制备出来的?

一般有两种制备方法：自上而下的剥离方法、自下而上的合成方法。

自上而下的剥离方法。自上而下的剥离方法一般这种撕都是用化学方法去撕。自下而上的合成方法，以比较典型的有氧化还原法举例，制备一公斤的石墨烯，需要50公斤的浓硫酸、3公斤的高锰酸钾和一吨的水。可以想象一下，大量制备石墨烯粉体的时候会产生大量的废水，这对环保是一个巨大的压力。

石墨烯究竟多厚呢?

严格意义上讲，只有一个原子层的石墨片，它才叫石墨烯。通常情况下，从工业上实际应用来说，我们一般的共识是：10层以下的石墨片可以称之为石墨烯。在那之后就是普通的石墨材料、石墨粉而已。

认识误区：有了石墨矿就可以做石墨烯。

石墨矿的确是可以产石墨烯的。但石墨矿是制备粉体石墨烯的一个技术选项，但绝不是唯一选项，不等于说有了石墨矿，就可以做石墨烯，因为这条路从质量控制、环境保护和综合成本上讲，它未必是最好的路，未必是大家都愿意选择的路。

石墨烯有没有毒?

石墨烯它是非常稳定的纯碳材料，它是没有化学的毒性。特殊情况下，石墨烯微片边缘是非常锋利的，可刺入细胞膜，这也是传说的石墨烯杀菌原理。需要强调的是类似于石墨尘肺病，长期吸入粉体石墨烯也可能有尘肺病风险，须注意防护。

中国石墨烯产业“三大件”

我们国内石墨烯产业，最热的刘忠范院士称为“三大件”。一个是石墨烯新能源电池，占了71%。另一个是石墨烯涂料，全国有几百家企业在做石墨烯防腐涂料相关的事情。再有就是石墨烯大健康产品，占据7%左右。这三块合计将近90%。这就是我们现在中国的石墨烯产业化的现状。也是现在大家关注的能否实际应用、赚到钱的地方。

目前石墨烯市场上的石墨烯材料靠谱吗?

2018年，康斯坦丁▪诺沃肖洛夫同新加坡国立大学另一教授一起在《先进材料》上发表了一篇文章，他们检验了全世界60多家企业的粉体石墨烯材料，发现绝大多数企业提供的样品中石墨烯不足10%。石墨烯是纯碳材料，里面是100%的碳，但实际上，绝大多数测值不超过60%。也就是有40%多的连碳都不是。这就是现在的问题，在材料上面，还有很多需要努力的空间。

石墨烯产业处于一个什么样的阶段?

一般一个新技术、新材料，大家愿意用高德纳的技术成熟度曲线来描述，它涉及到五个阶段：技术萌芽期、期望顶峰、泡沫谷底期、爬坡期、稳定应用期。

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