石墨烯或?qū)?amp;ldquo;徹底改變21世紀(jì)”。據(jù)相關(guān)專家分析，用石墨烯取代硅，計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會(huì)快數(shù)百倍。

　　《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃》為許多的材料在中國未來的發(fā)展指明了方向，本期將沉淀前段時(shí)間一直以來材料科學(xué)的調(diào)查研究精華，為跨越三個(gè)階段的新材料研究列出期終榜單。

　　未來最具潛力新材料

　　2012年，工信部發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》將石墨烯作為前沿新材料之一。國家科技重大專項(xiàng)、國家973計(jì)劃也圍繞石墨烯部署了一批重大項(xiàng)目。業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，石墨烯規(guī)模未來能達(dá)到萬億元以上。

　　另一個(gè)火熱的新材料，是碳纖維及其復(fù)合材料。

　　隨著低碳經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，碳纖維產(chǎn)品的需求也將不斷攀升。碳纖維強(qiáng)度大、密度低、線膨脹系數(shù)小等特性使之在飛機(jī)制造等軍工領(lǐng)域、汽車和醫(yī)療器械等工業(yè)領(lǐng)域、高爾夫球棒和自行車等體育休閑領(lǐng)域備受追捧。

　　第三種新材料，是輕型合金，主要包括鋁合金、鎂合金和鈦合金。這三種輕型合金由于輕量化、高強(qiáng)度等特點(diǎn)，已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域開始取代傳統(tǒng)的鋼才和重型合金。據(jù)資料顯示，近年來我國批量生產(chǎn)的軍用飛機(jī)機(jī)體和發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦質(zhì)量合計(jì)占比達(dá)25%，而F-22鈦合金占比更是高達(dá)41%。預(yù)計(jì)到2015年，關(guān)鍵新合金品種開發(fā)取得重大突破，形成高端鋁合金材30萬噸、高端鈦合金材2萬噸、高強(qiáng)鎂合金壓鑄及型材和板材15萬噸的生產(chǎn)能力。

　　第四種新材料是功能性膜材料。根據(jù)科技部《高性能膜材料科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》，預(yù)期至2015年膜產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)達(dá)千億元規(guī)模，“十二五”期間年均增長率30%，市場(chǎng)前景廣闊。

　　此外，碳納米管、超導(dǎo)材料、半導(dǎo)體材料、智能材料、生物材料和特種玻璃都是目前最為火熱和最具潛力的新材料品種。

　　【石墨烯】

　　石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料。石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)。”

　　有趣的是，石墨烯誕生并沒有使用“高大上”的科學(xué)技術(shù)，而是由英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家用透明膠帶從石墨晶體上“粘”出來的。

　　石墨烯目前最有潛力的是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)。據(jù)相關(guān)專家分析，用石墨烯取代硅，計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會(huì)快數(shù)百倍。而近日，美國麻省理工學(xué)院的科學(xué)家通過研究發(fā)現(xiàn)，在特定情況下，石墨烯能夠被轉(zhuǎn)化成具有獨(dú)特功能的拓?fù)浣^緣體。這一研究發(fā)現(xiàn)，有望帶來一種制造量子計(jì)算機(jī)的新方法。

　　其次，石墨烯能助力超級(jí)電容器、鋰離子電池的發(fā)展。據(jù)相關(guān)資料顯示，加入石墨烯材料，同等體積的電容可擴(kuò)充5倍以上的容量，而鋰電池電極中加入石墨烯則可大幅度提高其導(dǎo)電性能。此外，石墨烯還可應(yīng)用于電路、觸摸屏、基因測(cè)序以及制造出羽翼般超輕型飛機(jī)、超堅(jiān)韌防彈衣等領(lǐng)域。

　　石墨烯將給電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè) 帶來革命性改變

　　一種新型的材料出現(xiàn)，便足以使電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)生革命性的改變。

　　這就是石墨烯。

　　將其用于電動(dòng)汽車，至少將帶來兩大好處。

　　實(shí)現(xiàn)車輛輕量化

　　現(xiàn)有的電動(dòng)汽車的較長續(xù)駛里程往往是通過堆砌電池來實(shí)現(xiàn)的。

　　車輛搭載數(shù)百公斤甚至半噸重的動(dòng)力電池，如同頂著磨盤跳舞——自身受罪不說，戲還不好看。犧牲了有限的空間、增大了消費(fèi)者對(duì)車輛安全性和充電便利性的擔(dān)心、抬高了車輛價(jià)格，得不償失。

　　石墨烯納米材料厚度薄、硬度高、韌性好、重量輕、導(dǎo)電性佳、透明特好，有希望廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、超級(jí)電容器、太陽能電池、生物質(zhì)材料、傳感器、超高頻電子、光電子設(shè)備、藥物載體，以及用作觸摸屏、液晶顯示屏、保護(hù)膜、選擇性過濾滲透膜以及替代半導(dǎo)體晶硅等。

　　正因如此，2004年通過機(jī)械剝離法獲得世界上首批石墨烯的兩位科學(xué)家，榮獲了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　應(yīng)用石墨烯材料制成的新型電池，尺寸和重量均將變小，而且能量?jī)?chǔ)存密度得到了數(shù)十倍的提高，提高了車輛的行駛效率。

　　更重要的是，它大大縮短了充電時(shí)間，方便了消費(fèi)者。

　　減少充電時(shí)間

　　橫空出世的石墨烯，使得長期以來，困擾業(yè)界人士的動(dòng)力電池充電的瓶頸問題迎刃而解。

　　電池的充電時(shí)間，從以前的小時(shí)為單位，一下子變?yōu)橐苑昼娚踔烈悦霝閱挝弧Ｊ沟秒妱?dòng)汽車的充電，幾乎可以與傳統(tǒng)汽車的加油快捷性相媲美，甚至過之而無不及。

　　去年韓國科學(xué)家宣布其研制的多孔石墨烯超級(jí)電容，在儲(chǔ)存電量相同的前提下，充電時(shí)間令人咂舌的縮短到了僅僅16秒。

　　更重要的是，石墨烯電池是依靠電子在石墨烯表面和電極之間快速移動(dòng)實(shí)現(xiàn)充電的，而非像鋰電池那樣利用大電流進(jìn)行急沖，如此更能有效延長動(dòng)力電池的使用壽命。

　　而且，一次短暫的充電之后，電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程或能高達(dá)數(shù)百公里，完全能夠滿足任何出行需要。貼近快節(jié)奏生活。說走咱就走，風(fēng)風(fēng)火火闖九州。

　　而那種需要長時(shí)間充電的電動(dòng)汽車使用模式，不對(duì)胃口。天天要充電，實(shí)在傷不起！

　　保護(hù)石墨資源

　　毫無疑問，石墨烯即將帶來一場(chǎng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的革命，必將加快電動(dòng)汽車行業(yè)的市場(chǎng)化進(jìn)程，并改寫其發(fā)展前景。

　　我國石墨礦儲(chǔ)量占到世界總儲(chǔ)量7100萬噸的77%，目前探明儲(chǔ)量大約為5500萬噸，居于世界首位。

　　不少人士呼吁，應(yīng)當(dāng)積極利用好石墨資源，且莫重蹈稀土資源的當(dāng)初覆轍。

　　當(dāng)初稀土的無序開采、惡性競(jìng)價(jià)，不僅淪為國際市場(chǎng)上的低端輸送者，而且還破壞了環(huán)境，埋下了未來資源短缺的隱患。促使有關(guān)部門痛下狠手、統(tǒng)籌管控稀土資源，確保其開采健康持續(xù)發(fā)展。

　　但是，目前一些地方的石墨開采亂象，仍像當(dāng)年稀土行業(yè)的影子。低端化無序開發(fā)向國際輸送了廉價(jià)的原料，而留下巨大的環(huán)境創(chuàng)傷，卻需要大量的金錢和時(shí)間成本去醫(yī)治。

　　專家警告說，如果不從保護(hù)國家戰(zhàn)略儲(chǔ)備資源的角度開始重視石墨開采、將其納入規(guī)范化管理渠道，20年后中國將由石墨大國變成石墨貧國，屆時(shí)或?qū)⒚媾R從國外高價(jià)進(jìn)口石墨的困局。

　　“別拿豆包不當(dāng)干糧”。東西失去了才會(huì)感到它的珍貴，那是晚知晚覺的人。石墨，是一種不可再生的資源。

　　對(duì)于石墨產(chǎn)業(yè)自身來說，應(yīng)當(dāng)積極轉(zhuǎn)型，向價(jià)值鏈高端延伸，盡快跨越只賣原始材料的初級(jí)階段，研究相關(guān)技術(shù)、轉(zhuǎn)向產(chǎn)品的深加工。

　　隨著貴若黃金的石墨烯規(guī)模化生產(chǎn)所帶來的價(jià)格走低，其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域?qū)⒂懈訌V闊的應(yīng)用前景。目前國內(nèi)石墨烯的售價(jià)在2000元/克以上，幾乎10倍于黃金價(jià)格。

　　我國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和相關(guān)扶持政策，為電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，也給石墨加工業(yè)帶來空前機(jī)遇，關(guān)鍵是要盡快升級(jí)技術(shù)、利用好這種寶貴的資源。

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