石墨烯大家或多或少应该都有听过,但具体是干啥的,可能也说不出个所以然来,只知道这是一个很厉害的玩意。
各行各业、各种商品,只要和石墨烯扯上关系,就会显得高大上。
芯片和石墨烯扯上关系,就有媒体宣传绕过光刻机;电池有了石墨烯,续航无敌。
甚至内衣、内裤、腰带、取暖器、地暖,都可以和石墨烯有联系,也有了石墨烯杀菌、石墨烯发热等一系列的功效。
在商家眼中,万物皆可石墨烯。
(某宝上关于石墨烯的相关产品)
市面上各种石墨烯的商品真的这么神奇吗?今天黑马就来和你们聊聊这个话题
石墨烯真的是黑科技吗?还是只是商家的一个骗局?
通过名字也能猜测得到,石墨烯和我们经常看到的石墨有着莫大的关系,但也不尽相同。
它们都是由碳元素组成的材料,只不过排列的顺序不同,这在化学中,叫做同素异形体。
而石墨烯说白了,就是一种特别薄的、薄的只剩一层原子的石墨,是一种单层的正六边形晶格结构,厚度仅有0.335纳米,是人类头发丝的20万分之一。
(石墨粉,图自网络)
这种特殊的单层结构,为石墨烯带来了巨大的价值。
首先是石墨烯十分坚硬,硬度是钢铁的300倍。
再举个例子,我们常说钻石十分坚硬,但在石墨烯面前也只是个弟弟,目前在人类已知的范围内,还没有发现比石墨烯更加坚硬的材料。
同时石墨烯又非常的轻,而且十分柔韧,弯来弯去都不成问题,硬的同时还不脆。
并且石墨烯的单层六边形的结晶结构还让它非常的严实封闭,就连最小的氢原子都不能穿透过去。
(石墨烯分子结构,图自网络)
另外石墨烯还具备非常强的导电性能,比起目前导电界的扛把子铜要强得多。
在初中物理我们就学过电热公式Q=I2 *R,电流越大,发热就越大,如果是铜丝导电,过大的电流就有可能导致发热过大,铜丝被烧断的情况。
而石墨烯由于超强的导电性能,加上熔点比铜更高,相比铜丝可以通过更大的电流,用来导电将会大大减少热量的损耗问题。
石墨烯还是一种几近完美的导热材料,导热系数高达3000W/m·K~5000W/m·K,这个导热性能基本上可以称霸所有的金属了。
这么优异的性能集中在一种材料中,让石墨烯有了巨大的想象空间。
比如说坚硬,轻薄又柔软的特性。
用在屏幕上,是不是就可以生产出很难碎屏同时还轻薄的屏幕?
还可以用在防弹衣、飞机、汽车、坦克等等,这也不是天马行空,目前也已经有了相关的研究。
(空客公司提出的石墨烯飞机假想图,图自B站DVChina)
石墨烯超强的严密性能,也可以用在防锈涂层上,相关的实验室数据表明,石墨烯能够延长腐蚀发生的时间与侵蚀物质的侵入路径,提高涂料的附着力与涂层保护膜质量,在柔韧性测试、抗冲击测试以及最重要的耐腐蚀测试中都展现了优异特性。
而超强的导电性和无敌的导热性能,想象空间就大了。
半导体行业已经开始出现石墨烯芯片,目前火热的第三代半导体碳基芯片离不开石墨烯。
(石墨烯芯片模拟图,图自网络)
而相比较这么多的应用,我们最熟悉的还是石墨烯电池。
通过介绍,我们也能够联想到,如果将石墨烯应用在电池上,将大幅度提高电池续航能力、提高充电速度。
相信大家也看到过不少石墨烯电池的新闻,石墨烯也被认为是突破当下电池瓶颈的关键钥匙。
(已用上石墨烯电池的电动车)
也正是石墨烯有这么多神奇的特性,自然也成为了各大商家的香饽饽。
只要在产品上加上石墨烯,那么这个产品就是黑科技,各种神奇的功效应有尽有。
给你一种有了石墨烯就可以上天的感觉。
但是呢,你们可能没想到,市面上所谓的石墨烯,很有可能只是一场骗局。
因为石墨烯实在很难生产。
石墨烯到底有多难生产?这个问题我们就得从石墨烯被发现开始说起。
2004年,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫把胶带贴合在石墨片上,撕开胶带,把石墨片一分为二,如此反复不断操作,最后就得到了一层石墨烯。
这两位科学家也因为发现了石墨烯,也因此获得了诺贝尔物理学奖。
这让黑马想起小学时玩的胶带,通过胶带反复粘贴得到了一个球。
这大概是黑马离诺贝尔奖最近的一次。
看来石墨烯的生产没啥难度,仅靠胶带就可以得到。
的确,用胶带反复撕石墨片是可以得到单层石墨烯,但显然这种制备方法不科学,如果是用来科研还没太大问题,可以不考虑成本、不考虑规模化生产。
但是如果是工业用途,这些就必须要考虑,也不可能靠胶带反复粘贴,因此在工业上要想得到能用的石墨烯,还要用到一些规模化生产的方法来制备,例如机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法,薄膜生产方法、化学气相沉积法等方法。
即便是经过了这些办法,如果要得到单层石墨烯,成本也十分高,因此现阶段率先投入使用的一般都是多层石墨烯。
在石墨烯中,可以这么理解,层数越多,性能越差,而要完整发挥石墨烯性能,还得靠单层石墨烯。
并且由于石墨烯特殊的结构导致其容易产生褶皱形变,一旦发生褶皱,那么性能可就会发生改变。
石墨烯还有着一个很大的缺陷。
虽然石墨烯本身的结构很稳定,但其无法在有氧环境中稳定存在,如果它在高温下与氧气反应,会导致生成氧化石墨烯,破坏石墨烯本身的性能。
(氧化石墨烯粉末和分散液)
因此,要生产出没有褶皱、层数少、高品质的石墨烯,难度非常大,成本十分高昂。
按照2019年的市场行情,一些低纯度,品质差的石墨烯,售价几十元一克。而一些高纯度的石墨烯,可以卖到几千元一克以上。
品质好的石墨烯价格比黄金还贵,也素有黑金之称。
从这基本可以看出,石墨烯成本非常高,大规模生产几乎做不到,目前学术界也都普遍认为石墨烯规模应用还只是在一个实验阶段。
那目前市面上的石墨烯产品是怎么回事?
黑马就直说,基本上都是智商税。
对于一个行业来说,出现技术突破,最开心的是谁?是消费者吗?不是,是各大商家。
拿咱大家最为熟悉的手机来说,折叠屏的出现,对于消费者来说实用吗?无论是从质量还是产品生态适配上,折叠屏都和实用扯不上关系。
但是手机厂商还是孜孜不倦地推出折叠屏手机,到底是为啥?
说白了就是强行为手机添加卖点。
市面上所谓的石墨烯产品也基本是这个道理,甚至还更加恶劣。
虽说折叠屏不实用,但好歹是技术的商用,而目前市面上绝大多数的石墨烯商品压根就不是用到了石墨烯材料,说是虚假宣传也不为过。
像石墨烯内裤、石墨烯眼镜、石墨烯衣服,宣传着杀菌消毒,价格也比一般同类型的商品要贵上不少。
任何产品,只要和石墨烯挂钩,瞬间就是高科技的代表,有任何神奇功效似乎都不奇怪。
但黑马前面也说了,石墨烯成本十分高昂,目前还不能大规模商用,这些打着石墨烯的旗号,一般都只是用的石墨,顶多是氧化石墨烯,跟真正的石墨烯完全不是一回事,纯粹是挂着羊头卖狗肉。
这些商家利用了大家对于新技术的好奇和信息的不对称,使劲收割韭菜。
可能你要说黑马武断了,难道就没有真材实料?
那黑马就假设一件所谓的“石墨烯商品”真的加入了石墨烯,那纯度怎么样?量有多少?
即便是低质的石墨烯,成本也没有太低,一克低质石墨烯都比普通内裤贵了,你说那些商家是否会用到很多石墨烯?就算用到,能用多少?到时这些“石墨烯”商品能起到的作用还有多大?
而让大家更加困惑的可能就是石墨烯电池了。
按照黑马的说法,那石墨烯电池也应该是假的了?
但是呢,我们又能时不时地看到一些大厂宣布石墨烯电池的技术,甚至即将商用。
是大厂在虚假宣传还是黑马在胡言乱语?有点懵逼。
广汽就大秀了一把肌肉,一则“石墨烯电池”量产瞬间燃爆市场,8分钟充满80%,续航更是达到了1000公里。
听着就十分厉害,这技术绝对是对电动车的革命。
其实这也不是石墨烯电池,而是广汽玩了一把文字游戏。
8分钟充满和续航达到1000公里是不同电池实现的,充电快的是石墨烯基超级快充电池,长续航的是硅负极电池。
广汽把这两种技术放在一张海报里说,这其中的小心思,你明白我明白大家都明白,广汽也明白,就是为了让你误解充电8分钟,续航1000公里。
而广汽的这个石墨烯基超级快充电池和石墨烯电池也没多大关系,只是将石墨烯作为负极材料中的导电添加剂掺入,提高一下充电性能,本质上还是掺杂了石墨烯的硅基负极锂电池。
广汽的这种文字游戏,仅过了一天就被打脸。
中国科学院院士欧阳明高公开表示:“如果有人告诉你,这车能跑1000公里,几分钟充满电,还安全,成本又很低。以目前的技术来讲,他一定是骗子。”
早在广汽之前,2014年的时候,就有一家名叫Graphenano的西班牙公司公司就号称已与该国科尔瓦多大学,联合研发出了全球首件石墨烯聚合材料电池。
也是宣称单次续航里程可高达1000公里,单次完全充电仅需8分钟以内。
不过本质上这个电池依旧是锂电池,而且至今也没能量产。
不只是广汽和Graphenano,目前市面上所谓的石墨烯电池都是如此,顶多是将石墨烯作为一种电极材料的掺杂物,改善下电池导电、提高一下充电性能。
石墨烯性能优异,这是肯定的,也正是因为这些优异的性能,让石墨烯频繁成为商家炒作的概念。
说白了,现在的“石墨烯”商品,更多的用途是可以让商家有更多可宣传的点。
毫无疑问,石墨烯是一种性能极其优异的材料,其诸多优异的特性,让石墨烯的未来具有了广阔的想象空间。
由于石墨烯结构的高度稳定性,让石墨烯可以用来制作晶体管,这种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作。相比之下,目前以硅为材料的晶体管在10纳米左右的尺度上就会失去稳定性。
而石墨烯轻薄柔软的特性,也让石墨烯在柔性显示屏上可以大展身手。
除此之外,目前石墨烯的研究方向涉及了航天工程、生物工程、海水淡化等等尖端领域。
特别是新能源电池方向,一旦真正的石墨烯电池成功研发,将可以彻底解决新能源汽车电池的续航焦虑和充电时间长的问题,对于汽车行业来说将是一场巨变,甚至可以跨行业打击,特别是石油行业。
石墨烯的好处还有很多很多,想象的空间远远不止于此,在未来,石墨烯一定是发挥着无可比拟的作用。
但是这并不代表我们可以肆意消费石墨烯这个概念。
不知道什么时候起,各行各业都喜欢往石墨烯上蹭,现阶段原本应该还是高高在上、和生活不太相关的石墨烯,在各种商家的宣传之下变得平易近人,这并不是好事。
石墨烯已然和量子一起,成为了智商税的代表。
“遇事不决,量子力学”“没有商机,蹭石墨烯”,把本是严肃的科研问题儿戏化,也让大多数消费者对石墨烯和量子产生了警惕。
2004年,石墨烯才被发现,问世仅仅10多年,毫无疑问,石墨烯依旧是处在青少年时期,还需要走过很长的路。
过分地消费石墨烯这个概念,绝对不利于石墨烯的研究。
科学这事,从来不是靠炒作。
这让黑马想起了碳纳米管,二十多年前,碳纳米管被发现,在功效上和如今的石墨烯有着很多相似的特性,也是被“神话”的材料。然而这么多年过去,碳纳米管依旧没有规模商用,也仅仅是用作正极导电剂。
如今石墨烯已经隐约有了碳纳米管的“命运”。
石墨烯的被发现是一件好事,但别让过分的炒作,让石墨烯变成人人唾弃调侃的名词。
所谓的“石墨烯”商品,也该适可而止了。