手機充電僅需幾秒？手機屏幕能折疊彎曲……這些或許都將因為有“21世紀神奇材料”之稱的石墨烯面世而成為可能。
石墨烯的發(fā)現(xiàn)者之一、諾貝爾物理學獎得主安德烈·海姆這樣描述：“石墨烯對很多人來說就像愛麗絲仙境一樣，非常神奇。”
作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅硬、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是新材料之王，科學家甚至預言石墨烯將徹底改變二十一世紀，而關(guān)于石墨烯非凡應用的新聞也不斷冒出史上最薄的燈泡；手機充電只需要幾秒……
石墨烯到底有多神奇，是否會給生產(chǎn)生活帶來“顛覆性”變化，讓我們走近石墨烯一探究竟！
石墨烯：神奇的“新材料之王”
這種神奇物質(zhì)到底是什么？
中國是石墨資源大國，也是石墨烯研究和應用開發(fā)最活躍的國家之一，科學家和產(chǎn)業(yè)人士正將目光聚焦在它身上。
國內(nèi)不少研究人員、企業(yè)也早已投身石墨烯應用的研究，隨著技術(shù)的進步，未來，必將在全球范圍內(nèi)展開石墨烯制備和應用的產(chǎn)業(yè)化浪潮。石墨烯，實際就是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。鉛筆芯用的石墨就相當于無數(shù)層石墨烯疊在一起。“它是迄今為止自然界最薄、強度最高的材料，可以被無限拉伸，彎曲到很大程度而不斷裂，還可抵抗很大的壓力。”安德烈·海姆說，它還有著非同尋常的導熱性和導電性。
“石墨烯導電率高，化學結(jié)構(gòu)又十分穩(wěn)定，是一種用于移動電池、電源很理想的電極材料。”中國科學院院士、中國科學院金屬研究所研究員成會明表示，石墨烯可以和電子元件、電子設備進一步結(jié)合使用，以此提高其他儲電設備的儲電率。
石墨烯另一個奇特之處在于“零滲透”——所有氣體、液體都無法滲透。這也使得石墨烯產(chǎn)品有了“針插不進、水潑不進”的本事。讓人感到驚奇的還遠不止這些。石墨烯具有超強吸附性，科學家正在研究用它做過濾裝置，用于海水淡化、污水處理等領(lǐng)域；它又具有非常好的透光性，適合作為透明電子產(chǎn)品原料。
關(guān)鍵問題來啦！
石墨烯進入LED照明領(lǐng)域的機會有多大？
在LED照明領(lǐng)域，石墨烯又能做些什么呢？下面就帶領(lǐng)大家從專利角度來一窺究竟。經(jīng)過簡單的在中文數(shù)據(jù)庫中檢索，發(fā)現(xiàn)石墨烯在照明領(lǐng)域應用的在華專利申請始于2008年，之后申請量每年遞增，至今累計專利申請有1000余份，其中90%以上的申請人來自國內(nèi)申請人。主要涉及H01L和F21S兩大類，F(xiàn)21S領(lǐng)域的申請基本是國內(nèi)申請人，主要是利用石墨烯的導熱性能，涂覆與光源或者燈具表面散熱，申請人較多，主要以企業(yè)和個人申請為主，在此不多做描述。
在H01L領(lǐng)域，排在前十的申請人主要是國內(nèi)的科研院所和高校，企業(yè)有京東方，IBM和韓國三星，其中IBM的申請主要是在功率半導體器件領(lǐng)域，韓國三星的申請涉及有LED、OLED和顯示裝置等照明領(lǐng)域。以專利2-8為代表，在原有結(jié)構(gòu)上增設一石墨烯材料層（3，4，6，7，8），由于石墨烯的透明、導電、導熱等一系列優(yōu)點，增設之后可以彌補不足，從而取得了顯著的技術(shù)效果；或者直接以石墨烯材料替原有的材料（專利5），從而取得顯著的技術(shù)效果。以改進型專利居多，這類專利技術(shù)難度相對較低，國內(nèi)企業(yè)在該類型專利申請的實力不弱于國外公司，而且長期代工，技術(shù)人員積累了大量的相關(guān)經(jīng)驗，更容易結(jié)合新材料的特性，提出改進的技術(shù)方案。
石墨烯在照明領(lǐng)域應用方面的技術(shù)開發(fā)還處于增長階段，且國外公司的領(lǐng)先優(yōu)勢并不明顯，國內(nèi)企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)，加強投入，相信是有機會趕超國外技術(shù)，在未來市場中獲得一席之地。
石墨烯正從實驗室走進人們生活
“新材料未來需求巨大。比如納米型新材料石墨烯的應用，在危險化學品類火災中不能用水去滅，但如果用石墨烯薄膜就可以。使用石墨烯材料，手機未來可能薄到跟酒店房卡差不多。”清華大學經(jīng)濟管理學院教授魏杰說。石墨烯理療、保暖產(chǎn)品、LED用高導熱石墨烯復合材料、石墨烯防彈材料、石墨烯電熱服裝等20余種石墨烯產(chǎn)品被推出。
目前，被業(yè)界譽為“東方碳谷”之稱的江蘇常州，已擁有石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)和企業(yè)孵化的服務平臺；中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院也成功制造出15英寸單層石墨烯手機顯示屏；高鐵內(nèi)飾材料中已開始使用石墨烯……石墨烯技術(shù)正悄然影響著生產(chǎn)生活等領(lǐng)域。
“利用石墨烯特性研發(fā)新型防彈衣，防彈插板只需17毫米就能達到甚至超過傳統(tǒng)產(chǎn)品的防彈效果，重量還可減輕20％。”青島華高墨烯科技股份有限公司董事長施建新說。長期以來，智能手機的續(xù)航能力始終是最大短板。宋立祿說，他們研發(fā)的石墨烯新型鋰電子電池，充電時間大大縮短，手機幾分鐘就能完成充電。
中科院山西煤炭化學研究所副研究員陳成猛指出，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展目前還存在生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品品質(zhì)待提升、上下游互動不夠等問題。“目前石墨烯行業(yè)缺乏國家標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準，對石墨烯的質(zhì)量、制備工藝、檢測設備和方法等都沒有科學統(tǒng)一的說法。”施建新說。
石墨烯產(chǎn)業(yè)必須要避免一哄而上的局面，需要整個資源進行創(chuàng)新布局，形成聚合效應。“產(chǎn)業(yè)發(fā)展有其自身規(guī)律，目前石墨烯產(chǎn)業(yè)還處于初級應用階段，還在量變過程中，大家應該保有耐心，培育、呵護這種新興產(chǎn)業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展。”青島高新區(qū)節(jié)能技術(shù)與新材料事業(yè)部部長張志強說。
華為技術(shù)有限公司宣布與英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究院合作，研究如何將石墨烯領(lǐng)域的突破性成果應用于消費電子產(chǎn)品和移動通信設備。可以預想，手機將繼功能機向智能機變革之后，再發(fā)生新“革命”——石墨烯的特性將使顯示屏超薄、超輕，實現(xiàn)可卷曲的柔性特質(zhì)。
石墨烯時代真正到來還需時日
據(jù)統(tǒng)計，我國石墨礦儲量占到世界總儲量的75％，生產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量70％，具備發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)的資源基礎。截至目前，我國石墨烯企業(yè)已超過百家，并在常州、無錫、青島、深圳等地形成產(chǎn)業(yè)集群。
不過，也有不少科研人員指出，石墨烯作為一種新材料，要真正走向市場，可謂“前景光明，道路曲折”。首要困難是受限于材料生產(chǎn)。中科院院士、北京大學教授劉忠范說，要實現(xiàn)石墨烯商業(yè)化，需要生產(chǎn)出低成本、高品質(zhì)的石墨烯成品，但制出這種石墨烯并非易事。技術(shù)層面上還有很多挑戰(zhàn)，批量化或大尺寸生產(chǎn)都還沒能實現(xiàn)。