石墨烯有如此優(yōu)良特性，它會替代鋼鐵嗎？

麻省理工學院（MIT）的一個研究小組用多材料3D打印機研究了最強的輕質材料之一。通過壓縮和熔化石墨烯片，他們創(chuàng)造出一種密度為鋼的5％、強度為鋼的10倍的材料。

研究人員通過對石墨烯片進行熱和壓力的壓縮，他們最終得到一種堅固而穩(wěn)定、有點像珊瑚的結構。隨即，科學家們發(fā)現(xiàn)：正是這種不尋常的、類似珊瑚的形狀，使得壓縮后的石墨烯變得如此之強，而不是材料本身的性質。因此，通過在塑料等其他更便宜的材料上復制這種3D形式，科學家可以更低的成本實現(xiàn)類似于石墨烯的強度。

當把石墨烯結構壓縮至極限時，研究人員發(fā)現(xiàn)他們得到了一種令人難以置信的堅固材料，其密度為鋼的5％，但強度卻是鋼的10倍。通過分析壓縮后的石墨烯片的幾何排列，研究人員能用3D打印機部分重現(xiàn)這種最強材料。

石墨烯有如此優(yōu)良特性，它會替代鋼鐵嗎？

石墨烯的熱度在不斷上升

自2004年康斯坦丁博士通過膠帶從石墨上分離出石墨烯以來，關于石墨烯的話題就在不斷升溫。

近些年，各類媒體鋪天蓋地的報道終于將石墨烯推向了話題的風口浪尖——醫(yī)療、地產、汽車、計算機、生物等行業(yè)都與此有關。一時間，石墨烯幾乎成為了前沿科技的代名詞，貌似在對外宣傳時不搭上石墨烯就不算高科技產業(yè)。石墨烯為何如此之火，真的會成為繼“煤炭、鋼鐵、硅”之后人類的第四大材料嗎？讓現(xiàn)實發(fā)展給我們答案吧。

第一種由單層原子構成的材料

碳原子之間相互連接成六角網格。鉛筆里用的石墨就相當于無數(shù)層石墨烯疊在一起，而碳納米管就是石墨烯卷成了筒狀。

由于碳原子之間化學鍵的特性，石墨烯很頑強：可以彎曲到很大角度而不斷裂，還能抵抗很高的壓力。而因為只有一層原子，電子的運動被限制在一個平面上，為它帶來了全新的電學屬性。石墨烯在可見光下透明，但不透氣。這些特征使得它適合作為保護層和透明電子產品的原料。

石墨烯的出現(xiàn)不亞于一次小型的能源革命

石墨烯特殊的物理結構為其帶來了優(yōu)良的導電性與導熱性，因此，也是世界上電阻率最小的材料。所以，使用石墨烯制作的電池能量密度將高達600Wh/kg，而目前最先進的鋰電池也僅為180Wh/kg。

比如，石墨烯電池可以充電5分鐘，通話24小時。

再加上石墨烯電池相對于傳統(tǒng)鋰電八分之一的重量和兩倍的壽命，聯(lián)想一下現(xiàn)今手機、電動汽車等行業(yè)的發(fā)展瓶頸……

在未來最值得期待的領域——生物工程領域，石墨烯或為人類超級明星。

美國博伊西州立大學發(fā)表了一篇《石墨烯泡沫為肌管生長提供三維平臺》的文章，研究了石墨烯泡沫在肌肉組織中的應用。結果表明石墨烯泡沫，適宜作為生長官能肌肉組織的支架材料。石墨烯本身是一種薄的碳層，所以被認為是二位的平面材料，然而石墨烯泡沫是以石墨烯為原料的3D石墨烯。 最終，研究人員把石墨烯和石墨烯泡沫的獨特性能，用在人體器官再生上。過去的研究已經證實了可以在石墨烯泡沫上生長骨和軟骨，但這只是石墨烯泡沫與肌肉生長相容性的第一歩研究。

博伊西州立大學的材料科學與工程學院助理教授埃斯特拉達說：“我們希望能通過這些結果調查生命基本的化學變化，來向臨床應用推進。”未來通過石墨烯泡沫這種新型材料，可能會成為控制肌肉的開關，和控制肌肉的神經類似，為殘疾人帶來福利也可能不會是空想了。

美國麻省理工學院研究人員已經發(fā)現(xiàn)了類似飛機超過音速時產生音爆的過程：電荷流過石墨烯，在某種情況下，能超過減慢了的光速，形成一種光“爆”，一種強烈的聚焦光束。

這種全新的將電能轉化為可見光輻射方式是高度可控的，并且快速有效。研究人員表示，這種方式可能會帶來各種新的應用。

研究人員表示：“石墨烯能通過我們稱之為表面等離子體的方式捕獲光。等離子體是代表了表面電子振蕩的虛擬粒子。這些穿過石墨烯的等離子體的速度比在自由空間光的速度慢幾百倍。”這種特性也為石墨烯產生相反的效果提供了可能性：形成光而不是捕獲光。

許多科學研究向我們展示了石墨烯的驚人特征，但有一個陷阱。

這些美妙的特性對樣品質量要求非常高。要想獲得電學和機械性能都最佳的石墨烯樣品，需要費時、費力、費錢的手段：機械剝離法——先用膠帶粘到石墨上，再手工把石墨烯剝下來。

雖然技術含量不高，但問題是成功率也不高，弄點兒樣品做研究還可以，工業(yè)化生產？哪怕?lián)碛腥澜绲氖V，一天又能剝下來幾片……

難道只能用膠帶一遍又一遍的粘么？當然現(xiàn)在我們也有很多其他方法來增加產量、降低成本。

液相剝離法：把石墨或者類似的含碳材料放進表面張力超高的液體里，然后超聲轟炸把石墨烯“雪花”炸下來。

化學氣相沉積法：讓含碳的氣體在銅表面上冷凝，形成的石墨烯薄層再剝下來。

直接生長法：在兩層硅中間直接設法長出一層石墨烯來。

還有化學氧化還原法：靠氧原子的插入把石墨片層分離，如此等等。

麻煩之處在于，使用這些辦法，產品質量又不能保證?？梢哉f，方法有很多，也各自有各自的適用范圍，但是迄今為止還沒有真的能適合工業(yè)化大規(guī)模推廣生產的技術。

石墨烯的“泡沫化”隱憂

幾年時間里，石墨烯就已在國內以迅猛之勢發(fā)展起來，不覺讓人們驚奇石墨烯產業(yè)發(fā)展速度之快、產品性能之好。但是在這些“光環(huán)”和驚奇的背后，也不禁使人質疑。石墨烯產業(yè)目前來說是先導領域，還沒真正形成自己的產業(yè)，發(fā)展背后也還存在著一定的困難和問題。

目前石墨烯產業(yè)的這種“紅火”現(xiàn)象也透露出了資本的過度炒作。石墨烯概念炒得太火，某些新聞缺乏客觀性，導致相關部門或企業(yè)對于石墨烯的認識存在誤區(qū)，造成一種好像很簡單，“短平快”一夜暴富的氛圍。甚至有人至今仍然搞不清楚石墨烯與石墨的區(qū)別。

毫無疑問，石墨烯會在未來發(fā)揮巨大的作用。

經過幾年發(fā)展，我國石墨烯產業(yè)基本形成以江蘇省為聚合區(qū)，其它多地碎片化存在的產業(yè)格局。據(jù)統(tǒng)計，我國石墨礦儲量占世界總儲量的75%，生產量占世界總產量的72%，是我國少有的幾種具有國際競爭優(yōu)勢的礦產之一。我國在石墨烯制備、手機觸摸屏、鋰離子電池以及復合材料等領域都取得了一定的研究成果，在一些領域處于國際先進水平。

目前，我國一些石墨烯龍頭企業(yè)發(fā)展水平位居世界前列。長期以來，有著“黑金子”之稱的石墨烯主要在實驗室以克為單位小批量生產，每克售價高達5000元。常州某公司2013年開發(fā)出國內首條大規(guī)模宏量制備、全自動控制的粉體石墨烯生產線，年產能達100噸，致使石墨烯價格下降為每克1~3元，讓石墨烯大規(guī)模工業(yè)化應用成為可能。

產業(yè)發(fā)展亮點頻現(xiàn)的同時，一些急功近利現(xiàn)象值得警惕。當下，國際鼓勵發(fā)展新材料產業(yè)，石墨烯成為其有力支撐，加之其巨大的商業(yè)價值，政企高漲的投資熱情致使大批資金流向石墨烯領域，行業(yè)規(guī)模急速膨脹，“泡沫化”傾向初顯。除江蘇外，重慶、寧波、青島、德陽、河北、北京等地亦在布局石墨烯產業(yè)。據(jù)《經濟參考報》報道，在去產能方面，除了煤鋼產業(yè)，其他行業(yè)落后產能也將進入去產能名單，包括汽車、新能源、石墨烯等行業(yè)的落后產能或將入列。

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