石墨烯為什么銷(xiāo)聲匿跡了？石墨烯到底是騙局還是黑科技？

曾經(jīng)紅極一時(shí)的石墨烯為什么銷(xiāo)聲匿跡了？現(xiàn)在鮮有聽(tīng)到石墨烯的新聞。

其實(shí)石墨烯材料早在上個(gè)世紀(jì)40年代就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，奈何當(dāng)時(shí)制備石墨烯的純度比較差，再加上科學(xué)界并沒(méi)有持續(xù)關(guān)注這一領(lǐng)域，所以就沒(méi)有后續(xù)了！

石墨烯材料真正引起關(guān)注一直要到2004年，當(dāng)時(shí)，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的兩名教授徒手用膠帶粘黏石墨，然后對(duì)疊膠帶，不斷重復(fù)，最后獲得了單原子層石墨材料，也就是真正意義上的石墨烯。

這一發(fā)現(xiàn)也讓兩位教授獲得了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

石墨烯這種材料的性質(zhì)特別討喜，首先外觀上幾乎完全透明，單層碳原子結(jié)構(gòu)也造就了石墨烯成為目前為止最輕的材料，但堅(jiān)固程度卻可以達(dá)到鋼的200倍，另外由于石墨烯材料的零能隙，也造就了其優(yōu)異的導(dǎo)電性，導(dǎo)電性達(dá)到銀的1.6倍。

同時(shí)，石墨烯的穩(wěn)定性極強(qiáng)，這主要是由于石墨烯碳原子之間的連接比較柔韌，外力一旦施加到石墨烯上，碳原子會(huì)通過(guò)彎曲變形對(duì)抗這種應(yīng)力，而不至于重新排列，這種穩(wěn)定性也造就了石墨烯的強(qiáng)導(dǎo)熱性。

輕薄，堅(jiān)固，導(dǎo)電，導(dǎo)熱是石墨烯最顯著的特性。當(dāng)2004年這種材料問(wèn)世之后，科學(xué)界普遍認(rèn)為石墨烯會(huì)立即成為顛覆世界的新材料。并且會(huì)在電子產(chǎn)品，電池以及航天領(lǐng)域成為不可或缺的關(guān)鍵性材料。

然而，近20年過(guò)去了，我們期待的石墨烯材料時(shí)代并沒(méi)有到來(lái)，事出反常必有妖，既然石墨烯這么好，為什么卻無(wú)法商業(yè)化？

這就要從石墨烯的本質(zhì)說(shuō)起，簡(jiǎn)而言之，石墨烯就是單層石墨，石墨是十分廉價(jià)且普遍的，鉛筆筆頭就是石墨！

但是石墨烯并不像傳統(tǒng)石墨那樣擁有三維晶體結(jié)構(gòu)，它是二維的，這就導(dǎo)致石墨烯的厚度只有一個(gè)原子尺度大小。碳原子排列類(lèi)似蜂窩狀，從而形成“二維”六方晶格，看起來(lái)就和鐵絲網(wǎng)一樣。

也正是由于這種結(jié)構(gòu)，造就每個(gè)碳原子和周?chē)齻€(gè)碳原子形成極其穩(wěn)定的共價(jià)鍵。共價(jià)鍵的強(qiáng)度也決定了石墨烯材料的強(qiáng)度。并且穩(wěn)定的共價(jià)鍵也并不會(huì)過(guò)多干擾電子從中通過(guò)，所以石墨烯的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能也就變得十分強(qiáng)。

事實(shí)上，石墨烯誕生之初，產(chǎn)量極其稀有，其中最主要的問(wèn)題就是一旦提高生產(chǎn)規(guī)模，就會(huì)導(dǎo)致石墨烯質(zhì)量的下降。

本質(zhì)原因還是成本控制問(wèn)題，比如以導(dǎo)電性同樣優(yōu)異的硅樹(shù)脂來(lái)說(shuō)，其生產(chǎn)成本更低，導(dǎo)電性也同樣優(yōu)異，如果要用石墨烯取代硅樹(shù)脂，那只有生產(chǎn)成本不高于硅樹(shù)脂才有利可圖。況且石墨烯在導(dǎo)電性上和硅樹(shù)脂并沒(méi)有數(shù)量級(jí)上的優(yōu)勢(shì)。

目前制備石墨烯最常用的方式是化學(xué)氣相沉積法，這種方式就是通過(guò)高溫反應(yīng)室生產(chǎn)大量含碳?xì)怏w，然后將這些碳原子沉積到銅或鎳金屬基板上，形成石墨烯覆層，然后通過(guò)侵蝕法剝離金屬，使石墨烯材料附著到更易存儲(chǔ)的基板上。

但是這種方式需要大量的能量，并且需要用到具有毒副作用的原料。成本和環(huán)保問(wèn)題也導(dǎo)致這種方式很難被推廣開(kāi)來(lái)。

事實(shí)上，生產(chǎn)石墨烯的方式很多，比如撕膠帶法，這是最簡(jiǎn)單最原始的機(jī)械剝離法，但這種方式對(duì)外界環(huán)境要求極高，不然就容易摻入雜質(zhì)，另外這種方式效率實(shí)在太低，目前僅用于實(shí)驗(yàn)原材料生產(chǎn)階段。

其他方式還有碳化硅表面外延生長(zhǎng)法，金屬表面生成法，氧化減薄石墨片法等等。但這些方式無(wú)一例外都需要使用大量能源加熱原材料，能量投入極大，投入產(chǎn)出比并不適合商業(yè)化。

而對(duì)于石墨烯電池來(lái)說(shuō)，高昂的生產(chǎn)成本只是一方面，主要還是由于石墨烯電池并沒(méi)有宣傳中那么強(qiáng)悍。

本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，石墨烯電池就是在鋰電池或者其他電池中加入石墨烯材料，從而提升電池的部分性能，比如充電速度，散熱，容量。但是性能的提升幅度遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期。其中最重要的一個(gè)原因是 石墨烯材料具有高比表面積。

也就是說(shuō)，石墨烯要想徹底發(fā)揮作用，需要的表面積比較大，這和追求小體積的電池工業(yè)體系很難兼容。

在電池中加入高昂的石墨烯材料，而性能的提升卻十分有限，本來(lái)就不符合商業(yè)化的邏輯。

另外石墨烯電池的部分優(yōu)點(diǎn)也被更低成本的其他材料瓦解取代。

除此之外，石墨烯材料也在海水淡化上取得了巨大的發(fā)展。

如今，由我國(guó)和美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了一種基于石墨烯的海水淡化膜，可以去除海水中的鹽分。這是一種石墨烯片和碳納米管網(wǎng)的組合材料，傳統(tǒng)的海水淡化是通過(guò)蒸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是這會(huì)消耗大量的能源，而反滲透法則是另一種更加環(huán)保的方式，但這種方式對(duì)膜的要求極高，而石墨烯剛好能滿足這樣的要求，石墨烯膜擁有極高的強(qiáng)度，可以增加膜的使用壽命，另外由于垂直石墨烯薄片的特殊構(gòu)造，也會(huì)將海水中的微生物殺死，所以應(yīng)用前景十分光明。

石墨烯是毋庸置疑的優(yōu)秀材料，但奈于成本，目前還無(wú)法大規(guī)模商業(yè)化，但是隨著制備工藝的完善和進(jìn)步，其低成本石墨烯材料時(shí)代注定會(huì)到來(lái)。到時(shí)候，石墨烯的輕薄堅(jiān)固性，以及導(dǎo)熱導(dǎo)電性會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。

導(dǎo)熱性會(huì)在服飾領(lǐng)域發(fā)揮作用，導(dǎo)電性會(huì)在電子領(lǐng)域發(fā)揮作用！

輕薄和堅(jiān)固性會(huì)在航空航天，海水淡化等領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。

我相信在未來(lái)，石墨烯注定會(huì)成為一種顛覆生活的全新材料！