石墨烯的極強導電性、強度、透光性和導熱性等特性,只是單原子厚度石墨烯的微觀性能。當下偽石墨烯概念炒作,卻將石墨烯的微觀性能夸大為宏觀性能

石墨烯的極強導電性、強度、透光性和導熱性等特性,只是單原子厚度石墨烯的微觀性能。當下偽石墨烯概念炒作,卻將石墨烯的微觀性能夸大為宏觀性能。

“資本市場上長久以來流傳著一張保鮮膜厚的石墨烯能撐起一頭大象,以及石墨烯強度極高,是鋼鐵強度數百倍的說法。其實這都是在偷換概念,用石墨烯制造防彈衣、太空繩更是宣傳炒作。”瑞典查爾莫斯理工大學、歐洲石墨烯旗艦計劃牽頭大學教授孫捷告訴《中國經濟和信息化》記者,石墨烯所謂的高強度,是指在相同宏觀厚度假設條件下,通過簡單數學推算后得出的強度差異。

石墨烯的厚度只有0.35納米,即使是1毫米厚的鋼板,也是石墨烯厚度的200多萬倍。即使考慮到石墨烯強度較高,也要幾千層石墨烯疊加在一起才相當于1毫米鋼板所能承受的力量。

然而,石墨烯一旦疊加大約超過10層,就會喪失大多數獨有特性,重新變成石墨。因此,用石墨烯制造防彈衣、太空繩,這幾乎不可能實現。

“對于石墨烯的導熱特性也存在同樣的偷換概念。”孫婕解釋。盡管石墨烯導熱系數是銅的十幾倍,但是石墨烯只有一個原子厚,這決定了石墨烯無法用于大型器件散熱,而更適合極微小器件散熱。

此外,關于用石墨烯制作超級電纜的說法也存在誤導。石墨烯超高導電率的說法并不準確,其也是建立在假設基礎上的數字游戲。

決定物體導電率的因素有兩個:電子運動的速度和自由運動電子的數量,導電率與兩者的乘積成正比。盡管石墨烯的電子運動速度是銅的600多倍,但是單原子層能攜帶的自由電子數量實在太少。電子在石墨烯上,就如同萬人長跑,卻只有一條跑道,人們跑再快,單位時間內也跑不過去幾個人。

孫捷告訴記者,由于石墨烯能承載的電流太小,導電率比相同面積的普通銅帶導線要差很多,并不適合制造普通電纜、導線。其電子遷移率高的優勢,主要適用于微電路。

“石墨烯作為半導體的替代材料也不要想象得過于樂觀。”孫捷表示,目前石墨烯半導體還處于理論假設和概念宣傳階段。石墨烯的特性更接近于導體,目前通過摻雜實現石墨烯的半導體在學術理論中還有不小的問題。而氧化石墨烯雖然能夠表現出半導體的特性,但性能差強人意。石墨烯成為硅半導體的替代材料在20~30年內難以實現。

混珠

除了嚴格意義上的石墨烯外,石墨烯粉體成為偽石墨稀概念和資本炒作的重災區,大量膨脹石墨、石墨微片在其中魚目混珠。

“這確實是個棘手的問題。”鐘財富對此感到十分頭疼。石墨烯粉體是從膨脹石墨、氧化石墨的技術路線發展而來,是石墨微片的升級產品。更薄且層數小于10個原子層的石墨微片,具有石墨烯的某些特性。當石墨微片原子層數小于5層時,則更多體現為石墨烯所具備的部分特性(除強度、透光性外)。

按照中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟的標準,只有達到10個原子層以下的石墨粉體,才能被稱為石墨烯粉體。然而,概念是一回事,實際是另一回事。

史小軍給記者拿來兩份石墨微片和石墨稀粉,同為深黑色粉末,手指捻起來同樣細膩滑潤。“這只能用專業的儀器區分,然而,有些事情甚至專業的儀器都難以說清楚。”史小軍盯著記者疑惑的神情說,“目前石墨烯粉體制備以及應用魚龍混雜,這正是資本能講故事的關鍵所在。”

企業向原有材料中添加石墨烯粉體,就可以聲稱提高甚至大幅提高了產品性能,從而得到資本市場的炒作。然而,企業添加的粉體到底是不是石墨烯無人知曉。

首先,企業所用石墨烯粉體的原子層數結構是5層石墨烯還是10層石墨烯,甚至僅僅是更多層數石墨烯構成的微片。究竟哪個才是石墨烯粉體,目前沒有國家標準,一個企業聯盟標準也缺乏廣泛的行業約束力。

其次,粉體中含有5~10層石墨烯粉體的比例是90%還是只有10%?其中雜質含量又是多少?什么是合格產品?目前甚至連行業標準都沒有,各企業只能憑良心生產。

[責任編輯:趙卓然]

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