石墨烯碳结构模型 英国开发了一种快速大规模生产的新技术。我国专家成功研发出石墨烯超级电池，具有广阔的产业前景。工信部、发改委、科技部发布了《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》...最近几天，石墨烯的概念引起了广泛关注。 事实上，石墨烯不仅具有广阔的工业应用前景，还将在未来战场上带来颠覆性的变化。 请看科技日报特稿——有学者曾说:“19世纪是铁的时代，20世纪是硅的时代，21世纪是碳的时代。 石墨烯是碳时代的代表材料。 石墨烯是一种二维碳膜，具有六方蜂窝状晶格(苯环)，只有一个原子厚度。 它来自石墨。石墨烯是将石墨片剥离成单层，形成只有一个碳原子厚度的单层结构。 虽然石墨烯还没有投入大规模生产阶段，但其性能优势让人对其在未来战场的应用前景充满期待。 “铅笔削铅”的启示[h/]由于石墨晶体中层间距较大，加上范德华力的作用，层状结构相对松弛，而石墨烯中碳原子之间的柔性较大。因此，将石墨一层层剥离，最终获得性能优异的单层石墨烯，成为科学界几个世纪以来的反复尝试。 然而，石墨烯的制备并不容易。 例如，一根普通的铅笔芯由大约300万层石墨烯组成。科学家们尝试了许多方法来剥离石墨烯，但都失败了。 直到2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·k·海姆(Andre K. Heim)和他的同事们从“剥铅笔芯”中获得了灵性感，意外地发现了一种简单易行的新方法——微型机械剥铅笔芯法:将石墨薄片粘在一条长约15-16厘米的塑料带上，然后将胶带折叠，贴在薄片的另一面，将石墨薄片夹在中间，将胶带与石墨薄片分离，从而 此后，重复上述步骤10次，连续分割上一次得到的薄片，最终得到单层石墨烯。 2010年10月5日，安德烈·k·海姆(Andrei K. Heim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novosholov)因在石墨烯材料方面的杰出研究获得诺贝尔物理学奖。 除了微机械剥离，石墨烯剥离还有其他新方法，如外延生长、氧化石墨还原等。 “神奇材料”的特性石墨烯由于具有其他材料无法比拟的优势，必然会在军事领域大显身手。 第一，材质硬。 石墨烯的厚度为0.34 nm，比表面积约为2630 m2/g，是迄今为止发现的最薄的材料。但其强度达到180吉帕斯卡(约为普通钢的100倍)，是人类已知强度最高的材料。 哥伦比亚大学的物理学家使用了一个由钻石制成的探针来测试石墨烯的承载能力。在石墨烯样品的颗粒开始解体之前，石墨烯在100纳米距离处的最大压力达到约2.9微牛顿。 这意味着，如果包装袋是石墨烯制成的，将能够承载两吨左右的货物。 石墨烯质轻质硬，可以使其在军用轻型运输装备和防御性武器的材料生产中发挥巨大潜力。 二是透光率高。 石墨烯吸收约2.3%的光，透过率高于百分之九十七，这使得它几乎完全透明，石墨烯具有良好的柔韧性。 可以想象，如果手机、平板上的其他元器件和材料也用石墨烯来改进，未来电子产品的显示屏可能会真正实现可折叠。 这样的技术将使未来的军事装备设计更加得心应手和人性化。 美国汇锐科技有限公司研发制造了大面积柔性触摸屏，率先进入大面积石墨烯柔性触摸屏市场，并由科技行业专业投资基金IDG投资，成为其股东之一。 可见，石墨烯不仅在国防科技领域有着重要的发展前景，也引起了民营企业的密切关注。 除了汇锐科技有限公司，韩国三星去年也宣布成功将石墨烯应用于触摸平板显示器，生产出由多层石墨烯等材料组成的透明柔性显示器，可广泛应用于移动设备。 第三，能耗低。 通过对机械剥离法制备的石墨烯的研究，科学家发现石墨烯的导带和价带存在重叠，电子和空空穴都在其中具有很高的迁移率。电子迁移的速度仅为光速的百分之一，远高于硅、铜等传统半导体和导体中的速度。 一方面，由于石墨烯的电阻率极低，如此高的电子迁移率使得石墨烯的能量损耗极低。 中国科学技术大学(微博)教授曾昌赣曾说:“电子在石墨烯中似乎没有质量，移动速度非常快。 另一方面，与常用的硅基材料相比，chrysene具有非常好的导热性，芯片的主频理论上可以达到300G，功耗也低于硅基芯片——早在几年前，IBM的实验室中石墨烯场效应晶体管的主频就达到了155G，这对提高芯片的性能有着显著的影响。 这将使未来的国防科技装备拥有更快更强的“大脑” 此外，石墨烯对气体、液体等几乎“零渗透”。 这意味着，如果一艘船涂上石墨烯，就像穿上了一件“无懈可击”的防腐盔甲。 这些惊人的特性也让石墨烯在短短几十年内逐渐成为“新材料之王”。 “创新装备”的应用[h/]武器装备是战争的主要物质手段，是随着军事需求和技术进步而发展的。 实验数据表明，石墨烯能快速分散冲击力，并能通过材料打断外展波，其抗冲击性能远优于钢和凯夫拉尔。 此外，研究人员发现，细菌细胞无法在石墨烯纸上生长，而人类细胞不会受到损伤。利用这一点，石墨烯可以用来制作绷带、食品包装甚至抗菌t恤。 如今，一方面，石墨烯在未来军备竞赛中显示出巨大的应用潜力，成为大国发展军事技术的关键突破口；另一方面，石墨烯的隐患也不容忽视。 比如石墨烯行业最成熟的产品之一就是所谓的“氧化石墨烯纳米颗粒”。其制备成本非常低。虽然不能用于电池、柔性触摸屏等高端领域，但仍是电子纸的首选材料。 但它很可能对人体有毒，研究人员发现它非常稳定，容易在地表水传播。 不久前，工信部、发改委、科技部联合发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》，提出将石墨烯产业作为主导产业，逐步实现石墨烯材料在工业品和民生消费品中的产业化应用。还提出到2020年要形成完善的石墨烯产业体系。 根据三部门发布的意见，未来石墨烯将广泛应用于航空空航天、武器装备、重大基础设施、新能源、新能源汽车、节能环保、电子信息等领域。 笔者认为，在石墨烯的技术发展中，首先是把握发展机遇，实现技术创新；其次，由于石墨烯的研究还不成熟，存在风险和不确定性，制定科学合理的技术路线是实现跨越式发展的关键。 例如，康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novosholov)曾说，“石墨烯的真正潜力只有在全新的应用领域才能得到充分展示，即那些在设计中已经充分考虑了这种材料特性的产品，而不是在现有产品中替代其他材料。 "