亚洲 a v无 码免 费 成 人 a v,性欧美videofree高清精品,新国产三级在线观看播放,少妇人妻偷人精品一区二区,天干天干天啪啪夜爽爽av

? 中國(guó)科學(xué)院院士劉忠范 

撰文 | 劉忠范（北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授、中國(guó)科學(xué)院院士）

責(zé)編 | 程莉

●　●　●

中國(guó)現(xiàn)在處于“石墨烯淘金熱”中，全國(guó)各地都在做石墨烯產(chǎn)業(yè)，石墨烯這個(gè)詞幾乎是家喻戶曉。

? 二維蜂窩狀純碳材料，由sp² 雜化碳原子構(gòu)成 

石墨烯是一種二維蜂窩狀純碳材料。大家所熟知的石墨，一層一層地剝離開來(lái)，就是石墨烯。石墨烯號(hào)稱新材料之王，集眾多特性于一身。它是最薄、最輕的材料，同時(shí)也是最強(qiáng)、最堅(jiān)硬的材料。雖然石墨很軟，但是單層的石墨烯材料甚至比金剛石還硬。我們所熟知的金剛石導(dǎo)熱性很好，熱導(dǎo)率在2000W/m?K左右，而石墨烯的熱導(dǎo)率達(dá)到5300W/m?K。石墨烯還兼具柔性、透明等特性，而且只有質(zhì)子能夠穿透。這些優(yōu)良的特性賦予了石墨烯材料極為廣闊的應(yīng)用前景，也是吸引全世界眼球的根本原因。

中國(guó)擁有全世界最為龐大的石墨烯研發(fā)隊(duì)伍，從2011年起發(fā)表的學(xué)術(shù)論文數(shù)量就穩(wěn)居世界第一。

? 中國(guó)發(fā)表論文總數(shù)已居世界第一，來(lái)源：SCImago Group from Scopus data

中國(guó)申請(qǐng)的石墨烯專利數(shù)量也高居全球榜首，呈遙遙領(lǐng)先之勢(shì)。

? 中國(guó)石墨烯專利數(shù)量高居全球榜首 

中國(guó)正在掀起一場(chǎng)轟轟烈烈的石墨烯產(chǎn)業(yè)化運(yùn)動(dòng)。我一直在更新這張石墨烯產(chǎn)業(yè)園分布圖，目前全國(guó)有將近二十個(gè)石墨烯產(chǎn)業(yè)園，這個(gè)數(shù)字幾乎每天都在增長(zhǎng)之中。無(wú)論是發(fā)達(dá)地區(qū)，還是偏遠(yuǎn)地區(qū)，都在建石墨烯產(chǎn)業(yè)園，這讓我想起1958年大躍進(jìn)時(shí)期的大煉鋼鐵運(yùn)動(dòng)。

? 轟轟烈烈的石墨烯產(chǎn)業(yè)園建設(shè)運(yùn)動(dòng)

其實(shí)對(duì)于石墨烯材料來(lái)說(shuō)，理想與現(xiàn)實(shí)差距很大。理想的石墨烯具有完美的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)實(shí)的石墨烯就像一件破衣服，由無(wú)數(shù)個(gè)石墨烯微片拼接而成。石墨烯上有很多缺陷，還有很多臟東西。因此，現(xiàn)實(shí)制備出來(lái)的石墨烯材料性能沒有那么好，價(jià)值也沒有那么高。套用一句網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)言，就是“理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感”。

我一直認(rèn)為，我們可以看不懂未來(lái)，但是可以回顧歷史，溫故而知新。大家所熟悉的碳纖維研發(fā)歷史很有借鑒意義。1961年，大阪工業(yè)技術(shù)試驗(yàn)所進(jìn)藤昭男發(fā)明聚丙烯腈基碳纖維制備技術(shù)，十年后的1971年日本東麗公司率先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)，每月一噸的規(guī)模。東麗公司沿著T300、T800、T1000的標(biāo)號(hào)之路不斷提升碳纖維的質(zhì)量，投入了1400多億日元研發(fā)資金。直到2003年贏得波音787合同，才真正扭虧為盈。實(shí)際上，早年的碳纖維只能做釣魚桿，而現(xiàn)在的碳纖維已成為先進(jìn)航空器的支撐材料。同樣叫碳纖維，但是東西不一樣，強(qiáng)度完全不一樣。我相信石墨烯材料也會(huì)走同樣的路，需要時(shí)間的積淀，需要持續(xù)的投入，更需要耐心。

我也一直認(rèn)為，制備決定未來(lái)。現(xiàn)在的石墨烯并不等同于未來(lái)的石墨烯。

現(xiàn)在我們看一看石墨烯是怎么制備出來(lái)的。

 
? 石墨烯的制備方法

石墨烯可以分成兩大類，粉體石墨烯和薄膜石墨烯，制備方法不同，用途也完全不同。前者可以稱之為男石墨烯，傻大黑粗；后者則是高品位的女石墨烯。當(dāng)然這是玩笑，不能當(dāng)真。我的團(tuán)隊(duì)更多關(guān)注的是女石墨烯的制備方法。

從大規(guī)模生產(chǎn)的角度講，粉體石墨烯通常從石墨出發(fā)制備，通過一系列的物理化學(xué)過程把石墨烯從塊體石墨上剝離下來(lái)。一般這種石墨烯質(zhì)量較差，但產(chǎn)量很大，也比較便宜。目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)能已達(dá)到七千噸規(guī)模，實(shí)際產(chǎn)量也就百噸規(guī)模?；瘜W(xué)氣相沉積方法是規(guī)?；苽浔∧な┑耐ㄓ眉夹g(shù)，所得到的石墨烯質(zhì)量很高，當(dāng)然也比較貴，目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)能已達(dá)到年產(chǎn)百萬(wàn)平米量級(jí)。北京大學(xué)在高質(zhì)量石墨烯制備方面做了大量的研究探索，在標(biāo)號(hào)石墨烯薄膜、三維粉體石墨烯、超級(jí)石墨烯玻璃以及超級(jí)石墨烯光纖等研究領(lǐng)域取得一系列重要突破。

我們知道，石墨烯非常薄，只有一到數(shù)個(gè)原子層厚度。因此在使用時(shí)需要放到某種載體上，例如塑料薄膜表面，在使用時(shí)自然也會(huì)受到載體的限制。我們找到了一種新的載體：玻璃。

玻璃隨處可見，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣闊。其實(shí)我們是找了一條偷懶的路：讓石墨烯搭乘玻璃載體走向市場(chǎng)、走向世界。如果我們能夠在玻璃上生長(zhǎng)石墨烯而不是簡(jiǎn)單地涂覆石墨烯，那么就可以獲得全新的石墨烯玻璃，通過石墨烯來(lái)賦予玻璃新的功能。傳統(tǒng)玻璃產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，利用石墨烯或許可以使其升級(jí)換代，煥發(fā)青春。

石墨烯和玻璃的結(jié)合有什么意義和價(jià)值呢？玻璃是透明的，少層石墨烯不會(huì)改變玻璃的這種屬性。玻璃是電和熱的不良導(dǎo)體，石墨烯則是電和熱的良導(dǎo)體，如果能夠把這兩個(gè)東西結(jié)合起來(lái)的話，會(huì)產(chǎn)生一種特種玻璃，既導(dǎo)電又導(dǎo)熱，同時(shí)兼具強(qiáng)度的提升和生物相容性。

傳統(tǒng)玻璃的制備是高溫化學(xué)過程。玻璃是非晶體，所以沒有熔點(diǎn)，但是有軟化點(diǎn)，這是石墨烯生長(zhǎng)時(shí)的一個(gè)非常重要的參數(shù)。不同玻璃的軟化點(diǎn)不同，從攝氏400度到2000度以上。石墨烯是在攝氏1000度左右長(zhǎng)出來(lái)的，因此軟化點(diǎn)不同，生長(zhǎng)方法也完全不同，為此花費(fèi)了我們數(shù)年的時(shí)間。

對(duì)于石英等耐高溫玻璃，直接在高溫下生長(zhǎng)石墨烯，需要一些訣竅。普通玻璃軟化點(diǎn)較低，需要利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)。雖然質(zhì)量不好，但基本可以保證產(chǎn)品透明導(dǎo)電。我們還發(fā)明了熔融態(tài)氣相沉積技術(shù)，在軟化、熔融的玻璃表面上生長(zhǎng)出高質(zhì)量的石墨烯薄膜。現(xiàn)在，我們可以在任意玻璃上生長(zhǎng)出一到數(shù)層的石墨烯，可控性相當(dāng)不錯(cuò)。

玻璃上生長(zhǎng)石墨烯的一個(gè)難點(diǎn)在于均勻性，大面積生長(zhǎng)時(shí)均勻性會(huì)變差，而且生長(zhǎng)速率比較慢。實(shí)際上還有很大的提升空間，比如用乙醇作為碳源時(shí)生長(zhǎng)速度可以大幅度提高，質(zhì)量也顯著提升。

這里是一塊六十厘米長(zhǎng)的玻璃，用甲烷長(zhǎng)石墨烯的時(shí)候非常不均勻，但是用乙醇則完全不同，長(zhǎng)得非常均勻。我們想了很多辦法來(lái)提升生長(zhǎng)速度，以滿足大規(guī)模制備的需求。例如，在生長(zhǎng)玻璃基底上放置一塊毛玻璃，形成一個(gè)狹窄的生長(zhǎng)空間，可有效提升生長(zhǎng)速度。

那么這些玻璃究竟有什么用呢？我們做了大量的應(yīng)用探索工作。

· 觸摸屏

上圖是我們用石墨烯玻璃做的觸摸屏，線性度可以說(shuō)和ITO沒有任何差異。當(dāng)然目前還比較貴，無(wú)法同ITO玻璃競(jìng)爭(zhēng)。

· 電致變色智能窗

大家坐過波音787的話，會(huì)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)用上了智能變色窗，不用窗簾。一按按鈕就可以調(diào)控窗子的顏色。用我們的石墨烯玻璃也可以達(dá)到同樣的目的，而且能耗可以大幅度降低。

· 液晶智能窗

把高分子液晶夾在兩塊石墨烯玻璃中間，加上幾十伏的電壓，就可以切換智能窗的透明度。未來(lái)可以用石墨烯玻璃做投影墻，用的時(shí)候打開，是不透明的，通過散射光來(lái)投影；不用的時(shí)候可以是一幅裝飾畫或滾動(dòng)顯示屏。

· 透明加熱片

這是一種更接地氣的用途。石墨烯玻璃導(dǎo)電，而且具有一定的電阻，可以用作透明加熱片，加上幾伏電壓就可以起到除霜、除霧的作用。大膽想象一下，未來(lái)的石墨烯新能源汽車不需要貼膜而自動(dòng)調(diào)色，可以自動(dòng)除霜霧，車體用的是石墨烯復(fù)合材料，動(dòng)力電池也用到石墨烯，甚至還裝備很多石墨烯傳感器。

· 高效半導(dǎo)體照明技術(shù)

最近我們和半導(dǎo)體所合作，找到了石墨烯應(yīng)用的新大陸。在石墨烯玻璃上生長(zhǎng)高質(zhì)量第三代半導(dǎo)體材料，可顯著提高照明效率，降低成本。

· 高效細(xì)胞培養(yǎng)皿

我們的石墨烯玻璃還可以制作高效細(xì)胞培養(yǎng)皿，同等條件下細(xì)胞增殖效率提高至少一倍。

· 生物傳感器

石墨烯玻璃制品還有很多用途。在透鏡、棱鏡上面生長(zhǎng)一層石墨烯，再修飾一些生物分子，可以用作生物傳感器。顯而易見，借助于玻璃，石墨烯可以開辟出一系列全新的應(yīng)用領(lǐng)域。

· 收集水霧

這是一個(gè)演示性的東西，可以做干旱地區(qū)的水霧收集。這是集水性非常強(qiáng)的玻璃，水滴在上面是水霧狀態(tài)而不是薄膜狀態(tài)，導(dǎo)熱率提高幾倍，這樣就可以高效地收集水霧。用石墨烯玻璃制作的智能建筑，在干旱和半干旱地區(qū)可顯示出廣闊的應(yīng)用前景。

標(biāo)號(hào)石墨烯薄膜是石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。不斷提升石墨烯材料的質(zhì)量，無(wú)限接近理想狀態(tài)，是石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和原動(dòng)力。實(shí)際上，從2009年的第一篇石墨烯生長(zhǎng)文章至今，已逾七年時(shí)間。盡管大家還沒有提出這樣一個(gè)概念，但是一直在朝著這個(gè)方向努力。

例如，單晶疇區(qū)尺寸，最初只有十微米左右，現(xiàn)在可以做到一英寸左右的大小，而且還有很大的提升空間?？梢韵胂?，隨著疇區(qū)尺寸的增大，性能也逐漸提升，用途自然越來(lái)越廣闊。在銅箔表面生長(zhǎng)石墨烯，是一大堆單晶疇區(qū)拼接起來(lái)的多晶薄膜，就像一件破衣服。利用表面工程學(xué)方法，用三聚氰胺把銅箔表面的活性中心鈍化，這樣就可以大幅度減少成核中心的數(shù)量，從而長(zhǎng)出厘米尺寸的大單晶石墨烯來(lái)。載流子遷移率是表征石墨烯質(zhì)量的好辦法。通常石墨烯薄膜的遷移率做到5000以上就不錯(cuò)了，我們的三聚氰胺鈍化技術(shù)可以做到16000以上，質(zhì)量非常高。

快速生長(zhǎng)也是制備高質(zhì)量標(biāo)號(hào)石墨烯薄膜的重大挑戰(zhàn)?！奥こ黾?xì)活”，要想長(zhǎng)得好，通常就得慢慢長(zhǎng)。我們發(fā)明了梯級(jí)供料和成核后鈍化技術(shù)，大幅度提高了動(dòng)力學(xué)率，這樣毫米級(jí)的單晶生長(zhǎng)速度可以比普通方法快五十倍。利用我們發(fā)明的空間限域生長(zhǎng)技術(shù)，可以進(jìn)一步提高碳源分解速度，使得生長(zhǎng)速率達(dá)到每分鐘三百微米。

我們不僅僅滿足于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的石墨烯生長(zhǎng)，還在致力于發(fā)展規(guī)模化的批量制備技術(shù)。這是我們的第二代生長(zhǎng)裝備（上圖），每臺(tái)年產(chǎn)能可達(dá)兩萬(wàn)平方米。

長(zhǎng)在銅箔上的石墨烯薄膜，使用時(shí)需要?jiǎng)冸x下來(lái)轉(zhuǎn)移到其他支撐襯底上，例如塑料薄膜上。這件事情也不容易，因?yàn)榫鸵粌蓚€(gè)原子層厚度。我們也在做各種各樣的嘗試，我們發(fā)展的卷對(duì)卷轉(zhuǎn)移技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；霓D(zhuǎn)移，而且利用熱水即可，綠色環(huán)保。

 
? 石墨烯材料的新星：三維粉體石墨烯

三維粉體石墨烯其實(shí)我們已經(jīng)做了好幾年，或許會(huì)成為石墨烯材料領(lǐng)域的新星。

什么叫做三維粉體石墨烯呢？

實(shí)際上，傳統(tǒng)的粉體石墨烯含有氧、氫、氮等很多雜原子，并不是嚴(yán)格的純碳石墨烯，質(zhì)量很差。盡管成本比較低，但是環(huán)境污染非常嚴(yán)重，產(chǎn)生大量的廢液。另外，粉體石墨烯在使用時(shí)通常需要分散到液體中，由于很強(qiáng)的片層之間的相互作用，特別容易團(tuán)聚，這也是粉體石墨烯應(yīng)用的技術(shù)挑戰(zhàn)。

那么能不能設(shè)計(jì)一個(gè)非平面的具有微結(jié)構(gòu)的石墨烯微片呢？答案是肯定的，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這樣的目標(biāo)。這種三維石墨烯粉體顯著降低片層之間的相互作用力，從而獲得非常好的溶液分散性和溶液加工能力。

我們用硅藻土作為化學(xué)氣相沉積的模板，直接生長(zhǎng)石墨烯粉體。硅藻土是由硅藻細(xì)胞殼構(gòu)成的，有幾十微米大小，上面有很多從幾十納米到幾百納米不等的微孔。我們?cè)诠柙逋辽仙L(zhǎng)出來(lái)的石墨烯微盤能夠完美地復(fù)制這些微結(jié)構(gòu)，從而形成三維粉體石墨烯。這種粉體石墨烯的溶液分散性非常好，這和我們的預(yù)期完全一致。我們也嘗試用這種三維粉體石墨烯做電子墨水，導(dǎo)電性比常規(guī)粉體石墨烯提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

這樣的思路是否可以擴(kuò)展到其它體系呢？我們想到了食鹽。白色的食鹽（上圖）長(zhǎng)出石墨烯后，往水里一攪和就可以分散開，然后可以把食鹽扔掉。我想強(qiáng)調(diào)的是，長(zhǎng)出來(lái)的石墨烯是一個(gè)一個(gè)的小立方體，因此分散性也非常好。實(shí)驗(yàn)表明，這種粉體石墨烯吸附性非常強(qiáng)，可以用于凈化污水。 

還有，利用墨魚骨生長(zhǎng)石墨烯（上圖）。墨魚骨是生物碳酸鈣，把它處理以后在上面長(zhǎng)石墨烯，之后用鹽酸一洗就可以了。

再就是海貝殼（上圖），利用同樣的反應(yīng)控制好了以后不僅可以長(zhǎng)出粉體石墨烯，還可以制備海綿狀泡沫石墨烯，非常輕，而且很柔韌。因?yàn)椴煌Y(jié)構(gòu)的模板上長(zhǎng)的不一樣，所以結(jié)構(gòu)是可調(diào)的。最大的優(yōu)點(diǎn)是分散性和吸附性特別好，幾十秒就可以完全吸附掉油污，吸附能力是自身重量的二百五十倍以上。

中國(guó)擁有最龐大的石墨烯研究隊(duì)伍，但是非常分散，基本上是小作坊式的。我也不甚贊同到處搞石墨烯產(chǎn)業(yè)園的做法，大部分都是簡(jiǎn)單重復(fù)，缺少技術(shù)含量，急功近利現(xiàn)象非常嚴(yán)重。

很多人誤認(rèn)為石墨烯產(chǎn)業(yè)會(huì)很快走向大規(guī)?？焖侔l(fā)展階段，實(shí)際上并非如此。根據(jù)高德納公司（Gartner）的技術(shù)成熟度曲線，實(shí)際上石墨烯產(chǎn)業(yè)仍處于早期階段，很快就會(huì)進(jìn)入死亡谷，這時(shí)候最需要的是堅(jiān)持、企業(yè)遠(yuǎn)見和國(guó)家意志。碳纖維從小批量生產(chǎn)到現(xiàn)在已有45年，而石墨烯只有12年的歷史，的的確確跑得有點(diǎn)快了。石墨烯產(chǎn)業(yè)畢竟是實(shí)體產(chǎn)業(yè)，絕不會(huì)像互聯(lián)網(wǎng)那樣一忽悠就起來(lái)了。

當(dāng)然，我們也看到了希望。北京市剛剛啟動(dòng)了石墨烯專項(xiàng)，跨度是十年，從“十三五”到“十四五”規(guī)劃。我們的布局絕不僅僅是今天的產(chǎn)品，重點(diǎn)是未來(lái)的核心技術(shù)研發(fā)。

北京市的另一個(gè)重要舉措是成立北京石墨烯研究院，希望該研究院能夠引領(lǐng)石墨烯產(chǎn)業(yè)的未來(lái)。這個(gè)研究院生產(chǎn)的是技術(shù)以及技術(shù)派生出來(lái)的企業(yè)群，還有最終的石墨烯產(chǎn)業(yè)，而不是今天的產(chǎn)品。

石墨烯行業(yè)究竟前途無(wú)量還是曇花一現(xiàn)？首先，制備決定未來(lái)，尤其重要的是要有工匠精神。無(wú)論是什么新材料，如果我們能夠做到幾十年如一日地堅(jiān)持研發(fā)，以中國(guó)人的聰明才智肯定能夠做好。但是我們目前的做法常常不是這樣，急功近利，短平快地賺錢而已。另外，石墨烯材料需要找到殺手锏級(jí)的用途，而不是萬(wàn)金油式的應(yīng)用。我期待超級(jí)石墨烯玻璃能夠成為其中的殺手锏級(jí)應(yīng)用。

很多人問石墨烯究竟能走多遠(yuǎn)，我給出了三種可能的前途：

第一種前途類似于碳纖維。我相信只要石墨烯原材料制造水平不斷提升，至少會(huì)像碳纖維那樣，成為某個(gè)特定行業(yè)的殺手锏級(jí)材料。

第二種前途類似于塑料。一百多年前人們發(fā)明了塑料，現(xiàn)在你離不開它，我們難以想象沒有塑料的生活是什么樣子。石墨烯有沒有這樣的可能呢？的確有可能，因?yàn)橛猛痉浅V泛。

第三種前途類似于硅芯片?？梢哉f(shuō)現(xiàn)在是硅時(shí)代，因?yàn)楣韪淖兞巳祟惖木裆?。石墨烯或許也有這個(gè)可能。

回顧人類文明的發(fā)展歷史，從石器時(shí)代、青銅器時(shí)代到鋼鐵時(shí)代，現(xiàn)在可以說(shuō)進(jìn)入了硅時(shí)代。未來(lái)說(shuō)不定會(huì)有“石墨烯時(shí)代”，讓我們一起期待并參與推進(jìn)這個(gè)新時(shí)代的到來(lái)！