石墨烯将颠覆未来战场 中国决心打造成先导产业

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英国开发了快速大规模生产的新技术，中国专家成功开发了具有广阔工业前景的石墨烯超级电池。工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科技部发布了《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》...最近几天，石墨烯的概念引起了广泛的关注。事实上，石墨烯不仅具有广阔的工业应用前景，还会给未来的战场带来颠覆性的变化。请看《科技日报》的特别报道

有学者曾说:“19世纪是铁器时代，20世纪是硅时代，21世纪是碳时代。”石墨烯是碳时代的代表性材料。石墨烯是一种二维碳膜，具有六边形蜂窝晶格(苯环)，只有一个原子厚度。它来自石墨，石墨被剥离成单层，形成只有一个碳原子厚度的单层结构，从而形成石墨烯。虽然石墨烯尚未大规模生产，但其性能优势使人们期待其在未来战场上的应用前景。

来自“切割铅笔芯”的启示

由于石墨晶体中各层之间的间隔较大，加上范德华力的作用，层状结构相对松散，而石墨烯中碳原子之间的柔性相对较大。因此，几个世纪以来，科学界反复尝试剥离石墨层，最终获得性能优异的单层石墨烯。然而，石墨烯的制备并不容易。例如，一根普通的铅笔芯由大约300万层石墨烯组成。科学家们尝试了许多剥离石墨烯的方法，但都失败了。直到2004年，曼彻斯特大学的安德烈·k·海姆(Andre K. Heim)和他的同事们从“削铅笔芯”中获得灵感，偶然发现了一种简单易行的新方法——微机械剥离法:将石墨薄片粘贴在长约15-16厘米的塑料带上，然后将胶带折叠起来，粘贴在薄片的另一面，夹住石墨薄片，将胶带与石墨薄片分离，分离出石墨。此后，重复上述步骤10次，并且连续分割上次获得的片，最终获得单层石墨烯。2010年10月5日，安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因在石墨烯材料方面的杰出研究而获得诺贝尔物理学奖。

除了微机械剥离，石墨烯剥离还有其他新方法，如外延生长、氧化石墨还原等。

魔法材料的特性”[S2/]

石墨烯凭借其优于其他材料的优势，必将在军事领域显示出它的才华。

首先，材料很硬。石墨烯的厚度为0.34纳米，比表面积约为2630平方米/克，是发现的最薄的材料，但其强度达到180千兆帕斯卡(约为普钢的100倍)，这是已知的最高材料。哥伦比亚大学的物理学家用金刚石制成的探针测试了石墨烯的承载能力。在石墨烯样品的颗粒开始破碎之前，石墨烯在100纳米的距离上能够承受的最大压力达到了大约2.9微牛顿。这意味着如果包装袋是由石墨烯制成的，它将能够承载大约两吨的物品。石墨烯兼具轻质和硬质材料的特性，使其在军用轻型运输设备和防御性武器装备的材料生产中发挥着巨大的潜力。

第二，高透光率。石墨烯吸收大约2.3%的光，其透光率超过97%，这使得它几乎完全透明，并且石墨烯具有良好的柔韧性。可以假设，如果手机和平板电脑上的其他组件和材料也通过石墨烯得到改善，未来电子产品的显示屏可能会真正实现折叠。这项技术将使未来的军事装备设计更加便捷，更加人性化。美国汇瑞科技有限公司开发制造了大面积柔性触摸屏，率先进入大面积石墨烯柔性触摸屏市场，并通过专业投资基金idg Capital成为其股东之一。由此可见，石墨烯不仅在国防科技领域有着重要的发展前景，也引起了民营企业的密切关注。除汇瑞科技有限公司外，韩国三星去年宣布，已成功将石墨烯应用于触摸平板显示器，并生产出由多层石墨烯和其他材料制成的透明柔性显示器，可广泛用于移动设备。

第三，能量损耗低。科学家对机械剥离法制备的石墨烯进行了研究，发现石墨烯的导带和价带之间存在重叠，其中电子和空空穴具有较高的迁移率，电子迁移速度仅为光速的三分之一，远远高于硅和铜等传统半导体和导体。一方面，由于石墨烯的电阻率极低，如此高的电子迁移率使得石墨烯的能量损失极低。中国科技大学教授曾昌赣曾经说过:“电子在石墨烯中似乎没有质量，它们移动得非常快。”另一方面，与常用的硅基材料相比，石墨烯具有很好的导热性，芯片的主频理论上可以达到300g，并且功耗比硅基芯片低。早在几年前，ibm实验室的石墨烯场效应晶体管的主频率为155g，这对提高芯片性能产生了重大影响。这将使未来的国防科技装备拥有更快更强的“大脑”。

此外，石墨烯对气体、液体等几乎“零渗透”。这意味着，如果飞船涂有石墨烯，它就像穿着一件“无懈可击”的防腐盔甲。这些惊人的性能也使得石墨烯在短短几十年内逐渐成为公认的“新材料之王”。

应用“创新设备”

武器装备是战争的主要物质手段，由军事需求驱动，由技术进步推动。实验数据表明，石墨烯能够快速分散冲击力，阻断向外的波通过材料，其抗冲击性能远远优于钢和凯夫拉尔。此外，研究人员发现细菌细胞不能在石墨烯纸上生长，而人体细胞不能被破坏，因此石墨烯可以用来制作绷带、食品包装甚至抗菌t恤。

如今，一方面，石墨烯在未来的军备竞赛中显示出巨大的应用潜力，成为大国发展军事技术的关键突破；另一方面，石墨烯的隐患也不容忽视。例如，石墨烯行业最成熟的产品之一是所谓的“氧化石墨烯纳米粒子”，它不能用于电池和柔性触摸屏等高端领域，但仍是电子纸的首选材料。然而，它可能对人体有毒，研究人员发现它非常稳定，容易在地表水传播。

不久前，工业和信息化部、国家发改委和科技部联合发布了《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》，提出石墨烯产业应成为主导产业，逐步实现石墨烯材料在部分工业品和消费品中的产业化应用，并提出到2020年形成完善的石墨烯产业体系。根据三大部门发布的意见，石墨烯将在未来广泛应用于航空航天、武器装备、重大基础设施、新能源、新能源汽车、节能环保、电子信息等领域。

作者认为，在石墨烯的技术开发中，首先要抓住发展机遇，实现技术创新；其次，由于石墨烯的研究还不成熟，存在风险和不确定性，制定科学合理的技术路线是实现跨越式发展的关键。例如，Konstantin Novosholov曾经说过:“石墨烯的真正潜力只能在一个新的应用领域得到充分的展示，即在产品设计时充分考虑这种材料的特性，而不是取代现有产品中的其他材料。”

来源：零点娱乐时刊