劉忠范:石墨烯產(chǎn)業(yè)切勿重演大煉鋼鐵運(yùn)動(dòng)(5)
那么能不能設(shè)計(jì)一個(gè)非平面的具有微結(jié)構(gòu)的石墨烯微片呢?答案是肯定的,我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這樣的目標(biāo)。這種三維石墨烯粉體顯著降低片層之間的相互作用力,從而獲得非常好的溶液分散性和溶液加工能力。
我們用硅藻土作為化學(xué)氣相沉積的模板,直接生長(zhǎng)石墨烯粉體。硅藻土是由硅藻細(xì)胞殼構(gòu)成的,有幾十微米大小,上面有很多從幾十納米到幾百納米不等的微孔。我們?cè)诠柙逋辽仙L(zhǎng)出來(lái)的石墨烯微盤能夠完美地復(fù)制這些微結(jié)構(gòu),從而形成三維粉體石墨烯。這種粉體石墨烯的溶液分散性非常好,這和我們的預(yù)期完全一致。我們也嘗試用這種三維粉體石墨烯做電子墨水,導(dǎo)電性比常規(guī)粉體石墨烯提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
這樣的思路是否可以擴(kuò)展到其它體系呢?我們想到了食鹽。白色的食鹽(上圖)長(zhǎng)出石墨烯后,往水里一攪和就可以分散開(kāi),然后可以把食鹽扔掉。我想強(qiáng)調(diào)的是,長(zhǎng)出來(lái)的石墨烯是一個(gè)一個(gè)的小立方體,因此分散性也非常好。實(shí)驗(yàn)表明,這種粉體石墨烯吸附性非常強(qiáng),可以用于凈化污水。
還有,利用墨魚(yú)骨生長(zhǎng)石墨烯(上圖)。墨魚(yú)骨是生物碳酸鈣,把它處理以后在上面長(zhǎng)石墨烯,之后用鹽酸一洗就可以了。
再就是海貝殼(上圖),利用同樣的反應(yīng)控制好了以后不僅可以長(zhǎng)出粉體石墨烯,還可以制備海綿狀泡沫石墨烯,非常輕,而且很柔韌。因?yàn)椴煌Y(jié)構(gòu)的模板上長(zhǎng)的不一樣,所以結(jié)構(gòu)是可調(diào)的。最大的優(yōu)點(diǎn)是分散性和吸附性特別好,幾十秒就可以完全吸附掉油污,吸附能力是自身重量的二百五十倍以上。
石墨烯產(chǎn)業(yè)
我們?cè)賮?lái)看看未來(lái)的石墨烯產(chǎn)業(yè)前景。我從不懷疑石墨烯產(chǎn)業(yè),未來(lái)的石墨烯產(chǎn)業(yè)會(huì)是一塊大大的蛋糕。當(dāng)然,這塊蛋糕我們能夠切到多少是個(gè)未知數(shù)。取決于我們現(xiàn)在關(guān)注什么,我們需要關(guān)注的是引領(lǐng)未來(lái)的核心技術(shù),而不僅僅是今天的產(chǎn)品。當(dāng)然,從一個(gè)實(shí)驗(yàn)室材料和技術(shù)走到產(chǎn)業(yè)需要很長(zhǎng)的路,需要投入、堅(jiān)持和耐心。
中國(guó)擁有最龐大的石墨烯研究隊(duì)伍,但是非常分散,基本上是小作坊式的。我也不甚贊同到處搞石墨烯產(chǎn)業(yè)園的做法,大部分都是簡(jiǎn)單重復(fù),缺少技術(shù)含量,急功近利現(xiàn)象非常嚴(yán)重。
很多人誤認(rèn)為石墨烯產(chǎn)業(yè)會(huì)很快走向大規(guī)模快速發(fā)展階段,實(shí)際上并非如此。根據(jù)高德納公司(Gartner)的技術(shù)成熟度曲線,實(shí)際上石墨烯產(chǎn)業(yè)仍處于早期階段,很快就會(huì)進(jìn)入死亡谷,這時(shí)候最需要的是堅(jiān)持、企業(yè)遠(yuǎn)見(jiàn)和國(guó)家意志。碳纖維從小批量生產(chǎn)到現(xiàn)在已有45年,而石墨烯只有12年的歷史,的的確確跑得有點(diǎn)快了。石墨烯產(chǎn)業(yè)畢竟是實(shí)體產(chǎn)業(yè),絕不會(huì)像互聯(lián)網(wǎng)那樣一忽悠就起來(lái)了。
當(dāng)然,我們也看到了希望。北京市剛剛啟動(dòng)了石墨烯專項(xiàng),跨度是十年,從“十三五”到“十四五”規(guī)劃。我們的布局絕不僅僅是今天的產(chǎn)品,重點(diǎn)是未來(lái)的核心技術(shù)研發(fā)。
北京市的另一個(gè)重要舉措是成立北京石墨烯研究院,希望該研究院能夠引領(lǐng)石墨烯產(chǎn)業(yè)的未來(lái)。這個(gè)研究院生產(chǎn)的是技術(shù)以及技術(shù)派生出來(lái)的企業(yè)群,還有最終的石墨烯產(chǎn)業(yè),而不是今天的產(chǎn)品。
石墨烯行業(yè)究竟前途無(wú)量還是曇花一現(xiàn)?首先,制備決定未來(lái),尤其重要的是要有工匠精神。無(wú)論是什么新材料,如果我們能夠做到幾十年如一日地堅(jiān)持研發(fā),以中國(guó)人的聰明才智肯定能夠做好。但是我們目前的做法常常不是這樣,急功近利,短平快地賺錢而已。另外,石墨烯材料需要找到殺手锏級(jí)的用途,而不是萬(wàn)金油式的應(yīng)用。我期待超級(jí)石墨烯玻璃能夠成為其中的殺手锏級(jí)應(yīng)用。
很多人問(wèn)石墨烯究竟能走多遠(yuǎn),我給出了三種可能的前途:
第一種前途類似于碳纖維。我相信只要石墨烯原材料制造水平不斷提升,至少會(huì)像碳纖維那樣,成為某個(gè)特定行業(yè)的殺手锏級(jí)材料。
第二種前途類似于塑料。一百多年前人們發(fā)明了塑料,現(xiàn)在你離不開(kāi)它,我們難以想象沒(méi)有塑料的生活是什么樣子。石墨烯有沒(méi)有這樣的可能呢?的確有可能,因?yàn)橛猛痉浅V泛。
第三種前途類似于硅芯片。可以說(shuō)現(xiàn)在是硅時(shí)代,因?yàn)楣韪淖兞巳祟惖木裆睢J┗蛟S也有這個(gè)可能。
回顧人類文明的發(fā)展歷史,從石器時(shí)代、青銅器時(shí)代到鋼鐵時(shí)代,現(xiàn)在可以說(shuō)進(jìn)入了硅時(shí)代。未來(lái)說(shuō)不定會(huì)有“石墨烯時(shí)代”,讓我們一起期待并參與推進(jìn)這個(gè)新時(shí)代的到來(lái)!
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