石墨烯時代離我們有多遠

龐雪汀

因石墨烯而獲得諾貝爾獎的康斯坦丁·諾沃肖洛夫認為作為一種材料，石墨烯“前途是光明的，道路是曲折的”，雖然將來它也許能發揮重大作用，但是在克服幾個重大困難之前，這一場景還不會到來。石墨烯，會是一次“材料革命”，還是最終歸于雞肋？也許唯有時間能給我們答案。

只要出門前充電5秒，手機電量就可以使用長達半個月？電腦顯示屏也可以折疊起來放在兜里帶出門？這些看起來不可能發生的事情，石墨烯技術都能幫你實現！當然，這項舉世矚目的“黑科技”能幫你實現的，還遠不止這些。

實際上，自從12年前被用透明膠帶從石墨晶體上“粘”出來之后（咳咳，這誕生的方式可不大體面），石墨烯就被認為注定要改變世界：它比鉆石更硬，比銅更導電、比橡膠更柔軟、基本透明，并且它的石墨烯氣凝膠是迄今最輕的材料。科學家預言，石墨烯將“徹底改變21世紀”，極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革命。

據哥倫比亞大學的研究，理論上，一頭大象的重量即使集中在鉛筆頭那么小的面積，也無法穿透保鮮膜厚度的石墨烯片。

當然，夠輕只是它的特性之一，這玩意兒還有諸多你無法想象的潛在應用領域，比如電能儲存、隔熱、用作催化劑的載體之類的，隨便一數就能數個幾分鐘。而在這其中，最具顛覆性的就是它對“硅”的挑戰。

“硅”的完美替代品

石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產未來的超級計算機。也許因為石墨烯的運用，未來計算機處理器的運行速度將會快數百倍。

不論是石墨烯還是硅，對于像小編這樣的技術小白來說，都仿佛是遙不可及的存在。實際上，在人類現有的社會生活中，硅幾乎是無處不在的。從高大上的航天業到接地氣的食品輕工業，隨處可見硅的身影。而在不遠的將來，新晉“材料王”石墨烯也許會打破硅的“壟斷地位”。

幾乎完全透明石墨烯，只吸收2.3%的光；導熱系數高于碳納米管和金剛石，而電阻率比銅或銀更低，是世界上電阻率最小的材料。

石墨烯電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發展更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由石墨烯制造的電子元器件外形和功耗更小，速度和性能更高，外觀和材質更加多樣，包括家電、數碼產品在內的電子、通訊和計算機都可能會發生質的變化。

比如像紙張一樣的觸摸顯示屏，透明、輕薄、可折疊！怎么樣，看到這里你是不是迫不及待地想要和石墨烯一起“炫”出新未來了？

鋰電池的“拯救者”

石墨烯的另一項重要運用在電儲存領域。

將幾個小時的充電時間濃縮為幾分鐘？對于石墨烯來說這仿佛也不是問題。采用分孔石墨烯作為鋰電池電極的方式，不僅能夠濃縮充電時間，還能夠有效提升電池容量，這是鋰空氣電池內部構造的初步原理。在太陽能充電因為成本、材質以及安裝等眾多原因尚無法普及的當下，石墨烯顯然是可以成為電池拯救者的。

不過這種電池的生產任重而道遠。日前，國內一光電企業就興奮地宣稱研發出了神奇的“石墨烯電池”，并自稱“烯王”，然而當天就被業內人士“打臉”說該企業研制的不過是“石墨烯基鋰電池”而已，跟真正的石墨烯超級電池相差十萬八千里。目前，市面上大部分所謂的石墨烯電池也都是在鋰電池等電池中通過技術手段添加一些石墨烯，“能力者”石墨烯更多還是作為輔助材料的“配角兒”存在其中。

當然，“任重而道遠”并不等于要否定對未來的愿景。未來，“充電五分鐘，奔跑一千公里”或者“充電幾分鐘，手機用一年”的奇景還是很有可能出現的……

“黑科技”也能接地氣

作為一項驚世駭俗的發現，石墨烯技術總顯得有一些遙不可及。然而石墨烯在輕應用方面是面向民用的、可以快速實現產品化并能夠給消費者帶來較高性價比，比如石墨烯發熱和過濾。

目前，已經有幾家科技公司開始售賣石墨烯材料的衣服。他們把石墨烯嵌入到纖維結構，捻線織成的布可支持3.7V安全電壓，并可根據情況通過App控制升溫速度及溫度。就用戶體驗來講，石墨烯提升了衣服的安全性及舒適度，而石墨烯紡織物的柔軟、不怕折疊、可水洗的特性自然就更勝一籌。

相關商家表示，之所以選擇將石墨烯應用到紡織領域，是看中了石墨烯良好的導熱性，由于石墨烯的電熱轉換效能可達99%，與其他材料相比有著絕對的優勢；換句話說，也許石墨烯的第一項實實在在的運用和普及將會出現在“保暖內衣”界。

石墨烯時代，還需要等待

說了這么多，也許你還是要問，石墨烯都誕生十幾年了，我的透明手機呢？

其實早在2012年，因石墨烯而獲得諾貝爾獎的康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）和他的同事就曾在《自然》上發表過文章討論石墨烯的未來。他認為作為一種材料，石墨烯“前途是光明的，道路是曲折的”，雖然將來它也許能發揮重大作用，但是在克服幾個重大困難之前，這一場景還不會到來。另外，考慮到產業更新的巨大成本，石墨烯的好處可能不足以讓它簡單地取代現有的設備。

制約石墨烯廣泛應用的瓶頸在于難以大規模、低成本地制備高品質的石墨烯。膠帶剝離法顯然無法實現工業化的量產，哪怕你掌握了全世界的石墨礦，一天又能剝下來幾片？更令人擔憂的是石墨烯的環境風險。石墨烯產業目前最成熟的產品之一“氧化石墨烯納米顆粒”對人體很可能是有害的，而且研究者發現它極易擴散。

更有愛潑冷水者指出，所有材料都有其適用范圍：鋼堅硬而沉重，木頭輕便但易腐，就算看似“萬能”的塑料也有其自身的局限。正因如此，即便石墨烯作為新材料能發揮巨大作用，但也沒有理由認為它就是一種能夠改變世界的奇跡材料。

石墨烯，會是一次“材料革命”，還是最終歸于雞肋？也許唯有時間能給我們答案。