石墨烯應用“三步走” ,未來5年是第一步
發布日期:
2021-11-15

  石墨烯產業化大潮風起云涌,應用領域不斷拓展,對于石墨烯應用領域的未來方向,上海理工大學材料學院院長楊俊和教授提出“三階段”的發展步驟,并對未來石墨烯產業集群規劃作出預測。

近日,某高峰論壇在福建廈門舉行。上海理工大學材料科學與工程學院院長楊俊和接受新華網記者專訪。本文根據采訪實錄整理。


展望——步入石墨烯時代尚需積累


  有人預言,未來10-20年我們將經歷的一場變革,就是由石墨烯時代代替硅時代。從理論上來說,這是完全有可能的。因為從理論上,石墨烯的一些性能是能夠讓我們看到代替硅的希望。不過理論是一回事,真正變成產品,真正能夠像硅這樣大規模應用到半導體領域、并且超越硅的性能,這可能還需要很長一段時間。這里面有科學問題、技術問題,以及將來的生產工業化過程需要解決的問題。


  例如,大家都知道石墨烯應用領域非常廣,涉及到工業生產的方方面面,也可能涉及生活的方方面面。但這些應用都基于一個條件,就是需要有結構完整的、尺寸超大的石墨烯。如果沒有大尺寸石墨烯,其它一切都是免談。為什么現在石墨烯大家都說性能優越,但真正在實驗室性能并沒有那么好,其中一個根本原因就是尺寸太小。


  尺寸越大的石墨烯越有價值,但是現在制備石墨烯大多數都是用氧化還原的辦法,很難獲得很大尺寸。所以研究人員在實驗室開發了一個能夠獲得大尺寸的氧化石墨烯的技術,這個技術已經申請了專利。它將獲得的石墨烯尺寸,是現在普通的氧化還原辦法獲得尺寸的10-20倍。如果這個大尺寸的石墨烯能夠被廣泛大量生產,那么有可能大大推動石墨烯的應用。


  石墨烯應用未到產業集群階段  三四年前媒體就在報道“充電幾分鐘跑1000公里”的新能源汽車,前段時間還有石墨烯電池號稱幾分鐘充滿電。作為一個概念,作為實驗室研究,這都是可能的。但是它要變成大眾使用的產品,還不是那么簡單的一回事。


  這里面有一個基本問題,在實驗室看到的是非常小的量,比如我們用幾毫克或者幾克的量來作出一個小電池來測試它的性能,再推算如果把它放大后會是什么效果。但大家都忽略一個問題,在放大的過程中,會產生很多很多的衰減。因此,從克到公斤,再到噸的規模的時候,它性能的衰減可能是幾十倍甚至上百倍。也就是說,理論研究、實驗室成果到真正的工業化的距離和它的性能衰減是成正比的。所以楊俊和認為,石墨烯應用還處在產業萌芽階段,還沒有到產業集群這樣的階段。


  楊俊和預計,未來5年,石墨烯應用方面會有一個比較大的突破。這種突破可能首先是對傳統材料的改性。2015年12月,國家三部委聯合出臺,《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》,非常明確地規劃了我國石墨烯產業的三步走。其中第一步就是石墨烯用于傳統材料中的升級換代或者叫改性。這些領域有可能會比較快地實現產業化,比如石墨烯用于工程塑料、涂料、橡膠等復合材料,發熱散熱材料,導電添加劑等。而且這方面一旦產業化,可能會需要大量的石墨烯,這又會反過來促進石墨烯本身的制備產業的發展,這是第一階段。第二、三階段可能又有更長的路要走。


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