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石墨烯的問世引起全世界的研究熱潮，許多專家稱之為“改變21世紀的材料”。有人預(yù)言，石墨烯有望成為讓“薄得像紙一樣的透明手機”“像襯衣一樣的防彈衣”等科幻產(chǎn)品變成現(xiàn)實的“點金石”。石墨烯材料用于紡織品，更是意味著這種“新材料之王”走進了百姓生活。
“新材料之王”石墨烯將飛入尋常百姓家
石墨烯是什么?它是一種由碳原子緊密排列而成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維晶體，看上去近似一張六邊形網(wǎng)格構(gòu)成的平面。它是目前已知最薄的材料，單層石墨烯只有一個碳原子的厚度，屬于納米材料的一種。它的厚度只有0.34納米，一片1毫米厚的石墨片由近300萬層石墨烯堆垛而成。
“上個世紀，物理學(xué)家通過理論計算判斷二維材料在自然中根本不存在。用海姆自己的話說，石墨烯曾經(jīng)是他三朵‘思想的云’之一，由好奇心驅(qū)使通過不斷探索被發(fā)現(xiàn)的。”李景虹說。
李景虹認為，石墨烯之所以被稱為“改變21世紀的材料”，因為它兼具多種獨特性能。比如，石墨烯具有超高的導(dǎo)電性，遷移率是硅的100倍;導(dǎo)熱性能優(yōu)于碳納米管，有望成為未來超大規(guī)模納米集成電路的散熱材料;具有比金剛石還堅硬、是鋼鐵100倍的機械強度;極高的透光率;極高的比表面積，有望成為潛力巨大的儲能材料等。
“基于以上性能，石墨烯在觸摸屏、電子器件、儲能電池、傳感器、半導(dǎo)體、航天、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。”李景虹說，“但是石墨烯材料從整體上尚處于研發(fā)階段，在不同領(lǐng)域產(chǎn)生具體產(chǎn)品的時間有早有晚。有的可能三到五年，也有的可能幾十年。”
全國政協(xié)委員、中國科學(xué)院院士高鴻鈞曾表示，石墨烯在未來電子器件上具有誘人的應(yīng)用前景，被看做是石墨烯研究最可能突破、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)域，成為國際上的研究熱點和競爭焦點。
或許沒有人會將石墨烯與秸稈聯(lián)系在一起，但科技證明二者有著密不可分的關(guān)聯(lián)，沒錯，就是用秸稈生產(chǎn)石墨烯，并且將石墨烯材料用于紡織品生產(chǎn)。
“我們歷時多年攻關(guān)，從玉米芯中提取石墨烯，將石墨烯與玉米芯纖維復(fù)合生產(chǎn)出內(nèi)暖纖維，進而推出石墨烯‘內(nèi)暖’纖維產(chǎn)品。”全國人大代表、濟南圣泉集團股份有限公司董事長唐一林向記者表示，這種紡織產(chǎn)品因加入了石墨烯材料，具有低溫遠紅外、抗菌抑菌、抗靜電等多種功能。
全國政協(xié)委員、清華大學(xué)化學(xué)系教授李景虹6日在接受記者采訪時表示，秸稈中提取石墨烯是創(chuàng)新之舉。一方面利用農(nóng)廢產(chǎn)品加工變廢為寶，減少了秸稈焚燒對環(huán)境的破壞;另一方面解決了用于紡織的石墨烯大規(guī)模生產(chǎn)問題。李景虹多年從事化學(xué)、材料學(xué)研究。以他為第一完成人的“石墨烯的電分析化學(xué)和生物分析化學(xué)研究”榮獲“2015年度國家自然科學(xué)獎二等獎。”
“我們課題組長期關(guān)注生物分析方法和生物傳感的研究，2007年開始就把石墨烯引入生物分析領(lǐng)域。經(jīng)過持續(xù)探索，我們揭示了石墨烯電化學(xué)和電分析化學(xué)的基本規(guī)律，發(fā)展了石墨烯生物分析的新方法和研制了新型石墨烯生物傳感。未來的石墨烯傳感器可以用于醫(yī)療領(lǐng)域的血糖、前列腺癌癥標志物的高精度檢測。”李景虹說。
新一輪產(chǎn)業(yè)升級和科技革命大背景下，新材料產(chǎn)業(yè)成為未來高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石和先導(dǎo)。目前，英國、美國、韓國等多國正著手推動石墨烯產(chǎn)業(yè)化。我國是石墨烯研究和應(yīng)用開發(fā)最為活躍的國家之一，2015年出臺《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》，并在全球率先啟動了石墨烯國家標準制定工作。
“雖然前景光明，但存在的問題也不少。”在唐一林看來，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展還存在規(guī)模化制備關(guān)鍵性技術(shù)和成套裝備亟待完善，材料應(yīng)用開發(fā)嚴重滯后，有影響力的企業(yè)很少參與，一些企業(yè)熱炒概念，忽視知識產(chǎn)權(quán)建設(shè)和保護等問題。
