石墨烯為觸摸屏和鋰電池及3D打印等帶來“烯”望_智能界—智能科技聚合推薦平臺

石墨烯為觸摸屏和鋰電池及3D打印等帶來“烯”望

時間：2016-04-07 09:52:04 來源：搜狐作者：智能界網

石墨烯有著非同尋常的導熱性和導電性。自從2004年第一次被成功制造出來之后，就被科技界看好，認為它是一種顛覆性的全新材料，因其優異的特性，許多人認為21世紀將成為“石墨烯時代”。

中國科學院院士、中國科學院金屬研究所研究院成會明認為，石墨烯的導電率很高，化學結構又十分穩定，是一種用于移動電池、電源很理想的電極材料。可以和電子元件、電子設備進一步結合，以增強其它儲電設備的儲電率。

石墨烯的另一個神奇之處在于“零滲透”——所有氣體、液體都無法滲透，有著“針插不進，水潑不進”的本事。比如，給船體涂上石墨烯涂層，海水中重金屬離子等就無法穿透這層薄膜去腐蝕船體。

讓人感到驚奇的遠不止這些。石墨烯具有很強的吸附性，科學家正在研究用它做過濾裝置，用于海水淡化、污水處理等領域。它幾乎又是完全透明的，具有非常好的透光性，適合作為透明電子產品原料。

盡管目前大多數桌面級3D打印機都僅限于塑料線材，但許多制造專家都認為，3D打印技術更多的創造潛力蘊藏在范圍更廣的其他材料和應用特征上，比如我們現在討論的石墨烯材料。

2016年2月9日，美國Lawrence Livermore國家實驗室(LLNL)和加州大學Santa Cruz分校的科學家們宣布，他們首次使用超輕的石墨烯凝膠3D打印出超級電容，從而為產品設計師更加自由、不受設計限制地將高效能源存儲系統用于智能手機、可穿戴設備、可植入設備、電動汽車和無線傳感器打開了大門。

據了解，LLNL的研究團隊使用了一種被稱為直接油墨書寫(direct-ink writing)的3D打印工藝和該實驗室自己設計的氧化石墨烯復合油墨來打印微結構，制造出可以保留能量的超級電容，比當前使用電極制造的同類電容薄10到100倍。

這種石墨烯“線材”能夠通過擠出頭3D打印微結構，一旦3D打印成指定的結構之后，這個石墨烯對象還需要進行熱處理，以確保它具有石墨烯的所有特性，在此之后，這些3D打印的對象就可以用于各種處理，并仍會保持其石墨烯的性質。

2016年1月28日，該成果發表在《Nano Letters》雜志上，這項技術突破了2D制造的限制，用它可制造出各種各樣復雜的3D結構，這項技術可使我們在智能手機里為能量存儲系統留下一個很小的空間即可。這種超級電容器的充電速度非常快，理論上只需要幾分鐘或者幾秒鐘即可完成充滿電量。

關于3D打印技術與石墨烯的結合，另一個值得關注的事件就是：2015年11月23日，知名3D打印材料公司Graphene 3D Lab通過其電子商務網站向外界宣布推出新型3D打印材料Graphene Flex Foam(石墨烯柔性泡沫)。

Graphene Flex Foam是一種多層獨立式柔性石墨烯泡沫，它將導電性彈性復合材料與超輕的石墨烯泡沫結合在了一起。這種泡沫，實際上是具有高導電性的三維化學氣相沉積(CVD)，與復合材料結合，從而具備了石墨烯的多個優良屬性。作為一種柔軟的泡沫，該材料具備重量輕、可重構，具有多孔結構，而且易于使用和處理等特點。

Graphene Flex Foam是在離子電池的電極制造中優質的基本材料，非常適合用于穿戴電子產品，這是因為電子器件、傳感器和導線等都非常需要通過這種柔性的可穿戴材料來實現。

作為一種技術含量極高的碳材料，石墨烯在觸控屏、半導體、光伏、鋰電池、光器件、航空、軍工、LED、激光等領域或將帶來一次革命。不過，由于售價高昂，石墨烯目前尚未產業化。有分析認為，石墨烯一旦實現產業化，其產值至少在萬億以上。如果研發和應用進行得順利的話，也許我們的生活很快就會時時刻刻都需要使用這種材料了。

目前，石墨烯產業被納入國家戰略布局。《中國制造2025》選擇10大優勢和戰略產業實現重點突破，在首個重點領域技術路線圖中，石墨烯材料成為前沿材料的四大領域之一。此外，“十三五”新能源汽車重點專項，也將石墨烯等新材料列為重點發展領域。

業界認為，有了石墨烯，人類就可以開發出下一代能源解決方案，如太陽能電池或者幾分鐘即可充滿電的手機電池。一些人甚至大膽猜測，將來全新設計的3D打印超級電容可以用來創建當前很難制造、甚至用其他方法不可能實現的獨特電子產品，比如完全定制的智能手機或者折疊裝置等，其性能也會達到前所未有的水平。

不僅在能源儲存系統，石墨烯在檢測食品毒素、環境污染、特定病毒和細菌等方面擁有獨特的優勢，例如，將石墨烯氧化物附著在特定毒素的類似于蛋白質的結構上可產生一個增強信號，以便高敏感傳感器檢測到毒素，其檢測能力相當于普通傳感器的10倍。此外，石墨烯還能用于生物醫療領域，如藥物傳送、癌癥治療和生物傳感等，石墨烯擁有許多獨特的屬性，如更大的表面積、生物適應性和化學穩定性，這使得石墨烯具有很大的研究潛力，并被寄予厚望。

石墨烯新材料應用十分廣泛，尤其是石墨烯增強金屬結構材料在下一代飛機研制、航空發動機高溫部件制造、未來高速飛行器研制等方面具有極高的應用價值。目前，C919、B777飛機機身、機翼等結構大量選用了含有石墨烯材料的鋁合金，有助于進一步降低機身結構的重量、提高使用壽命，大幅降低制造成本。

有消息稱，西班牙Graphenano與其中國合作伙伴正泰公司最近也推出石墨烯材料的聚合物電池，據說，這種電池允許電動車連續行駛800公里，可在幾分鐘內充電，電池也可以用作家庭使用，汽車行業，甚至包括自行車、無人駕駛飛機、心臟起搏器等。公司希望這種電池可在2016年年中實現原型，年底實現商用蓄電池組運行。

除了以上這些，媒體鋪天蓋地的報道給我們的印象是，石墨烯改變的還有我們生活的方方面面：如用來生產防水膜億解決全球水資源短缺問題;取代當前電子產品中的硅，以更小的體積提供更強的性能。

過度炒作反而是一種傷害

筆者發現，除了不能吃、不能喝、不耐熱之外，似乎石墨烯是個全能兒，以前展會上我們遇見過一些零售的石墨烯內衣、石墨烯護腰，這簡直在降低石墨烯高大上的形象。在中國，人們已經可以買到各種各樣的石墨烯產品。新三板上市公司圣泉集團已經在市場推出了石墨烯襪子和內衣。該公司宣稱，他們在產品中添加了生物質石墨烯“內暖”纖維，這是一種全新的智能多功能復合纖維，具有激活免疫細胞、防護紫外線、改善微循環、抗菌抑菌、增溫增陽等特性，還可以除臭。

目前國內石墨烯市場十分“火熱”，但“火熱”的背后也應該看到不足，有的企業直接將石墨烯當作宣傳、銷售的噱頭。現在太多拿著石墨烯應用炒概念的，要么是借用石墨烯拉升股票，要么是借用石墨烯概念來給自己的產品吹噓，這些都不是真正科學意義上的石墨烯。

從應用的角度上來講，石墨烯目前還在講故事階段，發展程度只能說是符合預期，而且在中國，產學研結合度更是低于預期。清華大學教授王志華更是在公開場合表態：“石墨烯用于IC(自發明集成電路)業，五年內都是一句空話。”要知道，過度的炒作反而是一種傷害。

有不少科研人員指出，石墨烯作為一種新材料，真正走向市場，過程“前景光明，道路曲折”。首先是受限于材料生產，要實現石墨烯商業化，需要生產出低成本、高品質的石墨烯成品。但是，制作出這種石墨烯并非易事，技術層面上還有很多挑戰，批量化和大尺寸生產都還沒能克服。

目前，我國石墨烯產業發展目前還存在生產成本高、產品品質待提升、上下游互動不夠等問題。石墨烯行業缺乏統一的國家標準、行業標準和企業標準，對石墨烯的質量、制備工藝、檢測設備和方法等，都沒有科學統一的說法。中國的石墨烯產業何去何從，不僅需要國家層面的引導，更需要足夠的時間和足夠的耐心。

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