石墨烯是人類發(fā)明的第一種單原子的二維碳膜材料韭购。只有一層原子，電子的運(yùn)動(dòng)被限制在一個(gè)平面上，為它帶來(lái)了全新的電學(xué)屬性挟伙。它的導(dǎo)電性強(qiáng)、可彎折模孩、機(jī)械強(qiáng)度好尖阔，看起來(lái)頗有未來(lái)神奇材料的風(fēng)范。

走進(jìn)嘉興中易碳素7000平方米的工廠榨咐，整齊排列著幾十臺(tái)燒結(jié)高導(dǎo)熱石墨膜的高溫爐和低溫爐疫题。這些爐子生產(chǎn)的是用于制作手機(jī)等電子產(chǎn)品散熱膜的原材料

2012年，因石墨烯而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的康斯坦丁·諾沃肖洛夫(KonstantinNovoselov)和他的同事在《自然》雜志上發(fā)表文章忿韧，討論石墨烯的未來(lái)韧似。他認(rèn)為作為一種材料，石墨烯“前途是光明的成止、道路是曲折的”浊笤。雖然將來(lái)它也許能發(fā)揮重大作用，但是在克服幾個(gè)重大困難之前揣蒿，這一場(chǎng)景還不會(huì)到來(lái)秋胚。

更重要的是，考慮到產(chǎn)業(yè)更新的巨大成本刨德，石墨烯的好處可能不足以讓它簡(jiǎn)單地取代現(xiàn)有的設(shè)備——它的真正前景蚀弹，或許在于為它的獨(dú)到特性量身定做的全新應(yīng)用場(chǎng)合。

導(dǎo)熱性：手機(jī)上的應(yīng)用

這究竟是一種怎樣的材料?

石墨烯在可見(jiàn)光下透明胶向，但不透氣减叫，這些特征使得它非常適合作為保護(hù)層和透明電子產(chǎn)品的原料。如果再加上超級(jí)電容裕坊、信息存儲(chǔ)器件包竹、高性能復(fù)合材料，到催化劑載體籍凝、藥物輸送等周瞎，那簡(jiǎn)直就是可以改變世界的發(fā)明。

在生產(chǎn)車間里饵蒂，15條人工合成石墨生產(chǎn)線月產(chǎn)能可達(dá)6萬(wàn)平方米声诸。這些燒結(jié)完畢的原材料進(jìn)行壓延酱讶、背膠、覆膜彼乌、模切成型加工后泻肯，最終被制成一塊塊手機(jī)蓋大小的薄膜，用來(lái)貼在手機(jī)屏幕慰照、屏蔽罩灶挟、中框、后蓋毒租、電池上稚铣，實(shí)現(xiàn)散熱功能。

在2011年創(chuàng)立這家致力于特種功能材料研發(fā)的企業(yè)之前凳渗，中易碳素創(chuàng)始人CEO李平在中國(guó)電信上海研究院工作秽擦。在高導(dǎo)熱石墨膜的應(yīng)用領(lǐng)域，中易碳素從大尺寸石墨膜呢呕、連續(xù)卷材弓匪、多層復(fù)合石墨膜等方面進(jìn)行研究創(chuàng)新。

針對(duì)最新的石墨烯概念哥峡，李平表示，中易碳素一直在持續(xù)跟蹤和投入研發(fā)诊踢，行業(yè)首創(chuàng)的石墨烯量產(chǎn)化產(chǎn)品石墨烯散熱膜即將作為高導(dǎo)熱石墨膜的升級(jí)換代產(chǎn)品正式推向市場(chǎng)惋蛉，記者在現(xiàn)場(chǎng)看到，石墨烯散熱膜最薄厚度可以做到5微米脸鸿，遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破了高導(dǎo)熱石墨膜25微米的常規(guī)厚度鹅但，同時(shí)，石墨烯散熱膜具有更加強(qiáng)大的導(dǎo)熱性能显艘。目前协熙，石墨烯散熱膜已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了原材料制備、表面化學(xué)修飾炭庙、分散饲窿、成膜、后道模切加工等全生產(chǎn)流程的打通焕蹄。

不過(guò)隨著智能手機(jī)行業(yè)的飽和逾雄，整個(gè)行業(yè)都面臨訂單的下滑。李平表示：“今年上半年情況特別糟糕腻脏，很多客戶訂單都削減了80%鸦泳。但是下半年開始好轉(zhuǎn)，有望與去年持平永品。明年有了新產(chǎn)品就好多了做鹰。在這個(gè)行業(yè)击纬，只有不斷保持創(chuàng)新，研發(fā)出新品钾麸，才能夠不讓自己被市場(chǎng)淘汰更振。”

生物相容：檢測(cè)試劑與植入骨骼

李平對(duì)記者表示喂走，公司也在和中科院殃饿、同濟(jì)大學(xué)、華東理工大學(xué)等院校和研究機(jī)構(gòu)合作兵故，希望開拓石墨烯未來(lái)更多的應(yīng)用領(lǐng)域帮色。“生物醫(yī)療是我們非常關(guān)注的領(lǐng)域折甸，尤其是石墨烯在生物傳感及檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用瑟哺，石墨烯具有非常強(qiáng)的熒光猝滅效應(yīng)，可以使傳統(tǒng)的生物檢測(cè)方法靈敏度提高2到3個(gè)數(shù)量級(jí)闷邑。目前最主要的挑戰(zhàn)是安全性評(píng)估弹梁，尤其是石墨烯這種納米材料輸入人體后，可能會(huì)與蛋白質(zhì)等發(fā)生反應(yīng)峦拥，影響新陳代謝动院，或者導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，這些都還需要大量的工作歧坚⊙靠埃”

李平所說(shuō)的產(chǎn)品，是用石墨烯的生物相容性來(lái)生產(chǎn)檢測(cè)試劑沛药。他說(shuō)：“化學(xué)修飾是關(guān)鍵苍煎。由于氧化石墨烯富含羥基、羧基柬焕、環(huán)氧各種活性含氧基團(tuán)审残，有很好的生物相容性，可以通過(guò)量子點(diǎn)表面特異性化學(xué)修飾斑举，通過(guò)納米自組裝技術(shù)設(shè)計(jì)特別的DNA或核酸探針搅轿，針對(duì)某些蛋白質(zhì)產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)或者熒光能量共振，從而快速診斷富玷。就像抗體和抗原介时、生物素和親和素、DNA的堿基配對(duì)凌彬，都是特異性很強(qiáng)的沸柔。”

這一想法，和此前萊斯大學(xué)(RiceUniversity)物理學(xué)家Ching-HwaKiang的想法相一致褐澎。Kiang和他的朋友JamesTour通過(guò)將碳納米管解壓的方式制成石墨烯納米帶(GNRs)会钝。GNRs是一種長(zhǎng)度超過(guò)寬度幾千倍的條狀材料。這種材料的形狀工三，造成了其類似于蛋白質(zhì)和DNA的性質(zhì)狞吏。這就意味著，可以通過(guò)這種材料觀察蛋白質(zhì)的折疊狀態(tài)舍娜。研究人員發(fā)現(xiàn)仁沃，GNRs像DNA和蛋白質(zhì)一樣，在溶液中可以自發(fā)形成皺紋和循環(huán)谨敏，也可以形成螺旋體赡析、皺紋或環(huán)繞。

這種材料未來(lái)很可能會(huì)被官能化修飾考皂，用來(lái)和DNA奇搪、蛋白質(zhì)，甚至是細(xì)胞結(jié)合使用遗酷。有了這樣的材料住龙，未來(lái)生物分子檢測(cè)和分子醫(yī)學(xué)都將成為可能。同時(shí)也可能以用于DNA測(cè)序笛驴。這種材料可能會(huì)多方面地改變生物醫(yī)學(xué)的其他領(lǐng)域监征。

近期，萊斯大學(xué)的科學(xué)家又在嘗試焊接納米薄片以形成堅(jiān)韌的多孔材料饵逐。研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)括眠，聚焦的離子束顯微鏡圖像顯示出一塊焊接在一起的3D石墨烯層。該材料符合骨植入標(biāo)準(zhǔn)所必需的生物相容性和材料性能梳毙。

萊斯大學(xué)材料實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家PulickelAjayan和同事在美國(guó)得克薩斯、巴西和印度等地使用放電等離子體燒結(jié)焊接石墨烯氧化物的薄片捐下，其機(jī)械性能與生物相容性能和鈦相媲美账锹，成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的骨替代材料的多孔固體。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《先進(jìn)材料》論文里坷襟。研究人員相信他們的技術(shù)將能夠創(chuàng)造出高度復(fù)雜的石墨形狀奸柬，而且只需要幾分鐘，他們認(rèn)為這種工藝會(huì)比??特種金屬加工更容易創(chuàng)造出特殊材料婴程。

“我們開始思考骨植入廓奕，因?yàn)槭┦亲钣腥さ牟牧现唬軇?chuàng)造出許多可能性档叔，因?yàn)樗哂幸话愕纳锵嗳菪宰婪邸！比R斯大學(xué)博士后研究助理ChandraSekharTiwary對(duì)《第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)》記者表示。Tiwary也是論文的共同第一作者铃肯。另一名第一作者DibyenduChakravarty來(lái)自印度海得拉巴粉末冶金新材料研究中心独溯。Tiwary說(shuō)：“四件事情很重要：機(jī)械性能、密度宦逃、孔隙率和生物相容性葬爽。”

新型的3D打印材料

研究人員通過(guò)改變納米級(jí)的焊縫上的電壓來(lái)控制材料的密度柄哀。雖然實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行嘱董，研究人員還把燒結(jié)溫度提高到200至400攝氏度以制成各種密度的石墨烯的固體。Tiwary表示：“實(shí)驗(yàn)證明在300℃局部溫度能夠得到最好的樣品把丹⊥级遥”

在美國(guó)明尼蘇達(dá)州高科技納米制造公司海思創(chuàng)(Hysitron)同事的幫助下，研究人員通過(guò)與一個(gè)掃描電子顯微鏡連接反復(fù)測(cè)試二至五層接合石墨烯的承載能力磷尊，并發(fā)現(xiàn)它們?cè)?0微牛(micronewtons)的壓力下仍然很穩(wěn)定怯漾。此外，他們還在得克薩斯大學(xué)MD安德森癌癥中心研究人員的幫助下豹女，成功地在該石墨烯材料上培養(yǎng)出細(xì)胞摹削，顯示了其生物相容性。令人驚喜的是拷肌，研究人員還發(fā)現(xiàn)了燒結(jié)過(guò)程具有去氧化功能到旦，能夠使得氧化石墨烯薄片變成純雙層石墨，這使得它們比單層石墨或石墨烯氧化物具有更加穩(wěn)定的能力巨缘。

Ajayan表示添忘，這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了如何使用常規(guī)的技術(shù)來(lái)制成非常規(guī)的材料。但是一個(gè)重要的前提是若锁，二維材料能夠量產(chǎn)制成密度和強(qiáng)度都合適的3D材料搁骑。“二維材料的好處是它能夠在很大的表面積上實(shí)現(xiàn)連接又固，你只要去克服一個(gè)小小的活化能仲器，增加焊接強(qiáng)度⊙龉冢”Ajayan說(shuō)乏冀，“納米積木之間的工程結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的接口是實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的最大的挑戰(zhàn)，但在這種情況下洋只，放電等離子燒結(jié)似乎是有效的加入石墨烯片并制作成3D石墨材料的方法辆沦。”

Tiwary還表示驮尘，放電等離子燒結(jié)在工業(yè)上一般與陶瓷一起被用來(lái)制造復(fù)雜的零件丛滋⊙朐龋“該技術(shù)采用高脈沖電流把焊片瞬間連接起來(lái)。你只需要高電壓扇殃，不需要高壓或者高溫鲤境。”他說(shuō)投戴，他們制作的材料近50%是多孔的丛疲，密度只有普通石墨的一半，只有金屬鈦的四分之一梢跳。但它有足夠的抗壓強(qiáng)度——40兆帕砍毡，這樣能符合骨植入?的要求——骨骼中的扭力可以使得它在水中也不會(huì)溶解。

此前有傳聞稱諾基亞未來(lái)新手機(jī)將會(huì)使用石墨烯感光元件仲峡，傳感器將由臺(tái)灣富士康生產(chǎn)聂袱。新手機(jī)將會(huì)是諾基亞和富士康聯(lián)手的第一款產(chǎn)品。對(duì)此酵逾，新加坡南洋理工大學(xué)的研究人員表示：“石墨烯感光元件制成的攝像頭對(duì)光線的敏感程度比普通的CMOS要強(qiáng)1000倍欠捶，但同時(shí)價(jià)格也要高5倍以上〕⑴危”不過(guò)該研究人員同時(shí)表示吞滞，諾基亞著眼于提高感光元件在強(qiáng)光和弱光的成像品質(zhì)，選用全新的感光元件盾沫。如果成功裁赠，將會(huì)給業(yè)內(nèi)造成巨大的沖擊。

不過(guò)隨著技術(shù)的成熟赴精，新材料的成本也將大幅降低佩捞，石墨烯3D打印材料就是一個(gè)很好的證明。就在上個(gè)月蕾哟，知名石墨烯企業(yè)一忱、倫敦上市公司HaydaleGrapheneIndustries(HGI)全資子公司HaydaleCompositeSolutions(HCS)宣布將與熱塑性3D打印線材生產(chǎn)商Filamentprint公司及Fullerex公司共同合作，推廣和銷售石墨烯增強(qiáng)聚乳酸(PLA)線材應(yīng)用于3D打印谭确。據(jù)了解帘营，這款全新的3D打印線材將會(huì)在本月舉辦的TCT增材制造展會(huì)上正式露面。

目前這種3D打印材料已經(jīng)在幾家大型3D打印公司進(jìn)行了使用并取得了良好的反響琼富。HCS公司董事總經(jīng)理GerryBoyce發(fā)表聲明稱：“我們非常興奮能夠?yàn)?D打印應(yīng)用開發(fā)出石墨烯增強(qiáng)的熱塑性材料仪吧。這些新材料擁有諸多優(yōu)點(diǎn)泻漏，包括能夠使零部件更硬翎噩、更強(qiáng)、更快!一直以來(lái)哆念，打印速度就是阻礙3D打印技術(shù)得以大規(guī)模應(yīng)用的障礙治弯。一想到未來(lái)能夠直接根據(jù)CAD制造出結(jié)構(gòu)性部件的前景就讓我們無(wú)比激動(dòng)。”

除了推出其第一款商用石墨烯增強(qiáng)PLA線材之外凡盔，該公司也正在研究包括ABS孙悦、尼龍和PP(聚丙烯)材料在內(nèi)的石墨烯增強(qiáng)3D打印線材。此外幅瑞，這兩家公司也可以根據(jù)客戶需求開發(fā)出定制的石墨烯增強(qiáng)熱塑性線材疤巩，以滿足特定的產(chǎn)品要求。

諾貝爾獎(jiǎng)物理學(xué)獎(jiǎng)得主蒙便、英國(guó)曼徹斯特大學(xué)教授康斯坦丁-諾沃肖洛夫曾在今年的MWC移動(dòng)通信大會(huì)的石墨烯專場(chǎng)上指出：“石墨烯和其他的二維材料擁有獨(dú)特的性能狮屏，它們可以為可彎曲和透明的電子設(shè)備提供基本的形態(tài)。最早的應(yīng)用之一是在印刷型電子產(chǎn)品中的二維材料應(yīng)用仓陆，接下來(lái)將在移動(dòng)的印刷型電子設(shè)備中有所應(yīng)用瞎嬉。”

不過(guò)厚柳，石墨烯的應(yīng)用在整個(gè)行業(yè)都還沒(méi)有一個(gè)清晰的途徑氧枣。“我們接觸過(guò)很多高等院校的教授别垮，他們也寫過(guò)一些比較有意思的論文便监，但問(wèn)題是他們不了解產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)，從研究到產(chǎn)品是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程宰闰，石墨烯一定要變成一種電子元器件才有它的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值茬贵。在實(shí)驗(yàn)室里成功的案例，未必拿到生產(chǎn)線上就可行移袍〗庠澹”李平對(duì)記者表示，“我們還是要依靠自己的研究人員進(jìn)行研發(fā)葡盗，結(jié)合整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和需求螟左，但是剛開始產(chǎn)品成本是個(gè)問(wèn)題∶俟唬”

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