石墨烯提前点爆材料革命 无法摆脱的“特斯拉魔咒”

    石墨烯，这个以往更多出现在实验室的材料，一夜之间成为产业界“新宠”。从三星的移动手机、苹果的可穿戴设备，到特斯拉电动车的电池，都出现了石墨烯材料的身影。

    有人说，谁掌握了石墨烯技术，谁就掌握了未来电子设备市场发展的关键。由于它可以让设备变得更薄更柔软，海外媒体认为石墨烯将成为苹果和三星的下一个战场。目前苹果、三星和谷歌已经在竞争收购，欲将这种材料用于移动和可穿戴设备中的相关知识产权都收入囊中。

    电动车“教父”马斯克的野心是，不久以后实现单次充电续航里程达500英里的目标，因为石墨烯基阳极材料可将现有锂离子电池的能量密度和输出功率提高三倍。

    马斯克的野心点燃了全球的暗战。日本火速研发出特制的石墨烯材料替代铂作为催化剂，可大幅降低电动车电池成本。西班牙Graphenano公司计划于2015年将石墨烯聚合材料电池投入生产，并与德国两家汽车巨头合作，本月投入试验。

    在中国，石墨烯得到高层的特别关注。据新华社报道，国家主席习近平13日晚考察了江苏省产业技术研究院，了解石墨烯研发情况。有消息称，工信部等计划将石墨烯写入“十三五”新材料规划。

石墨烯

提前点爆材料革命

无法摆脱的“特斯拉魔咒”

    尽管一般人每天驾车出行的平均里程仅为100英里（约合161千米）左右，但特斯拉首席执行官马斯克仍对Model S汽车目前所使用的85千瓦时电池组感到不满，他希望能将电池容量提高一倍。

    “公司将有可能开发出一款500英里（约合805千米）续航里程的汽车。事实上，我们可能很快就能做到这一点。”马斯克的话让人对石墨烯浮想联翩。

    美国科学界预测，一旦石墨烯基阳极材料技术成熟，特斯拉可在不久后实现单次充电续航里程达500英里的目标。根据技术参数，这种材料将可把锂离子电池的能量密度和输出功率提高三倍。

    马斯克的一举一动都被视为电动车技术发展最新风向标，“特斯拉魔咒”至今难以破解。这种“跟风式”的研发正在日本、西班牙全面展开，有望引领下一次材料革命提前爆发。

    日前，日本东北大学助教伊藤良一率领的研究小组尝试用石墨烯作为替代催化剂。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构新材料，价格不高。研究人员先利用片状 石墨烯制作出立体结构，然后用气相沉积法给立体结构镀上氮和硫。结果发现，镀上的氮和硫的量越多，就越能高效催化制造出更多的氢。研究人员称，如果在石墨 烯催化剂中再加入镍，其制氢能力就可以超越铂催化剂，预计将此技术市场化后，可以使燃料电池成本大大下降。

    一家在西班牙以工业规模生产石墨烯的公司Graphenano与该国科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池，预计该电池2015年将此投入生产。本月，两家德国汽车巨头将对这款新型电动车进行试验。

    技术分析人士称，这项新技术是将石墨烯做成聚合物，其优势在于它的能量密度、持续时间、充电速度、重量和价格。Graphenano的副总裁强调：“它对于 航空业、汽车业、计算机产业和能源产业都意味着一个跨越性的发现，能大大增加产业效率，并且将之前的一些想象变成可能。”

    技术参数表明， 这种石墨烯聚合材料电池性能卓越，储电量是目前市场最好产品的三倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟；使用寿命 是传统氢化电池的四倍，是锂电池的两倍；重量为传统电池的一半，这样可以提高装载该电池的机器的效率；成本将比锂电池低77%。

硬件比的是“柔术”

    石墨烯的发明者之一、诺奖得主康斯坦丁·诺沃肖洛夫爵士去年收到一份来自中国的稀罕之物——全球首款石墨烯触屏手机。“这是真的吗？真是用石墨烯做的手机 嘛？”收到礼物时，诺沃肖洛夫大为惊叹。诺沃肖洛夫和其导师因研究二维材料石墨烯开创性实验而获得2010年诺贝尔物理学奖。

    目前，在英国剑桥大学研发团队的改善下，石墨烯屏幕的柔性更上一个台阶。

    今年，剑桥大学石墨烯研究中心和英国公司Plastic Logic共同生产了一款可以完全弯曲折叠的显示屏。它是一款有源矩阵电泳显示屏，这种技术通过使用电场重新排列溶液上的悬浮粒子，显示出图像。这种显示 屏和如今的电子阅读器显示屏很相似，不过它没有采用玻璃材质，而是选用了软塑料，当然，这也是首次将石墨烯技术应用在基于晶体管的电子设备上面。

    这项研究最近得到了英国技术战略委员会的支持，并作为旗下“石墨烯革命”项目的一部分。明年，这项技术有可能应用在基于OLED的全彩柔性石墨烯显示屏生产上。

    一 般显示屏背板都是导电连接层，可以提供电力支持，重新排列悬浮显示粒子。但这款显示屏和传统显示屏也有很大不同，它的背板采用了经乳浊液处理的石墨烯电 极，而不是标准的溅镀沉积金属电极。换句话说，通过利用低温处理，石墨烯是被“打印”在了背板底层基片上。Plastic Logic公司还开发了一种“有机薄膜晶体管技术”，可以在不到100摄氏度（华氏212度）的低温下，制造出150 PPI的显示屏背板。之后，储存电极将会按照规定的电路图形开始进行蚀刻，提供背板连接网络。

    在产业界，苹果与三星在柔性屏领域竞争已经到了白热化状态。

    本月苹果官方申请了一份关于柔性显示屏的专利技术。这项技术可以使显示屏通过变形提供触觉反馈，同时支持按压和触控两种模式。据了解，未来的Apple Watch很有可能采用这种支持力回馈的显示屏幕。不光如此，苹果的其他产品也很有可能采用柔性屏幕。

    柔性显示屏并非苹果一家独有，三星此前也在研制全面的柔性显示屏并且已经应用于其智能手表Galaxy Gear。但是这两种柔性显示屏在技术上是不一样的。苹果的柔性屏可以通过设置在屏幕下方的驱动器创建隆起和凹陷，而三星的柔性屏幕则可以完成卷曲和折叠。

    未来，随着项目的进一步深入开发，柔性屏将结合LCD和OLED技术，具备全彩色支持能力，并满足视频显示的高速刷新率需要。这样，此技术可应用在更轻、更易扩展的高密度传感器上，比如高分辨率的医疗图像系统，以及高精准的手势识别应用程序。

辨认真假石墨烯

    石墨烯有太多优越性，应用面很广，太阳能电池、传感器方面、纳米电子学、高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域具有广泛的应用。

    石墨烯产业在中国也受到高度重视。12月13日晚，国家主席习近平来到南京市考察江苏省产业技术研究院。在成果展示区，他拿起石墨烯气体阻隔膜，了解产品性能、市场应用、产业前景等。

    习近平调研石墨烯的消息，在证券市场引发一股追捧热。一时间，跟石墨烯沾亲带故的股票集体受到资金的追逐，不管你是石墨矿还是石墨烯概念。

石墨烯不一定来自石墨

    10年前英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，从石墨中用胶带粘贴的方法最先分离出石墨烯，但目前能产业化的石墨烯主要是从甲烷、乙炔等含碳气体中获取，而不是石墨。

    史小军，江南石墨烯研究院项目部副部长。他知道，石墨烯与石墨不仅仅是一个“烯”的差别，“现在一年我们10吨石墨都用不上，即使未来石墨烯大规模量产了，也用不了几万吨。”

    “现在只要企业发布一条关于石墨烯投资和研发合作消息，都会被宣传为石墨烯概念的重大利好，公司市值大幅上涨。这是纯粹的炒作。”一位PE人士说，很多声称的投资与技术研发合作，往往是口惠而实不至。

    公开资料显示，截至目前，一些上市企业当年承诺的石墨烯投资依然没有到位，石墨烯产品的研发更是进展缓慢。

    当然，仍有一些地方和企业拿出真金白银精心培育石墨烯产业，如江苏常州，从2012年开始便出资5000万建立了石墨烯研究院，打造“东方碳谷”。

    目前，常州园区已有逾30家石墨烯及先进碳材料公司。今年10月，常州第六元素材料科技股份有限公司在新三板成功上市，成为国内石墨烯行业首家新三板挂牌企业。碳元科技、二维碳素等石墨烯企业也正争取登陆海内外资本市场。

    “紧跟国际步伐、对接国家战略，抓住石墨烯这种国际型高端产业的首轮发展机遇。”全国政协副主席、科技部长万钢在产业考察中这样鼓励企业。

一分钟读懂石墨烯

    石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。2004 年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆教授和康斯坦丁·诺沃肖洛夫博士采用机械剥离的方法首次获得了石墨烯，并发现石墨烯具有理想的二维结构和奇特的 电子性质。这一发现引起了科学界的广泛关注，两人也因此获得2010年诺贝尔物理学奖。十年来，石墨烯的研究与开发获得了飞速发展并取得了一系列里程碑式 的成就，目前的主要应用方向包括透明导电薄膜、储能领域、导热散热以及功能性复合材料领域。