石墨烯的极强导电性、强度、透光性和导热性等特性,只是单原子厚度石墨烯的微观性能。当下伪石墨烯概念炒作,却将石墨烯的微观性能夸大为宏观性能

石墨烯的极强导电性、强度、透光性和导热性等特性,只是单原子厚度石墨烯的微观性能。当下伪石墨烯概念炒作,却将石墨烯的微观性能夸大为宏观性能。

“资本市场上长久以来流传着一张保鲜膜厚的石墨烯能撑起一头大象,以及石墨烯强度极高,是钢铁强度数百倍的说法。其实这都是在偷换概念,用石墨烯制造防弹衣、太空绳更是宣传炒作。”瑞典查尔莫斯理工大学、欧洲石墨烯旗舰计划牵头大学教授孙捷告诉《中国经济和信息化》记者,石墨烯所谓的高强度,是指在相同宏观厚度假设条件下,通过简单数学推算后得出的强度差异。

石墨烯的厚度只有0.35纳米,即使是1毫米厚的钢板,也是石墨烯厚度的200多万倍。即使考虑到石墨烯强度较高,也要几千层石墨烯叠加在一起才相当于1毫米钢板所能承受的力量。

然而,石墨烯一旦叠加大约超过10层,就会丧失大多数独有特性,重新变成石墨。因此,用石墨烯制造防弹衣、太空绳,这几乎不可能实现。

“对于石墨烯的导热特性也存在同样的偷换概念。”孙婕解释。尽管石墨烯导热系数是铜的十几倍,但是石墨烯只有一个原子厚,这决定了石墨烯无法用于大型器件散热,而更适合极微小器件散热。

此外,关于用石墨烯制作超级电缆的说法也存在误导。石墨烯超高导电率的说法并不准确,其也是建立在假设基础上的数字游戏。

决定物体导电率的因素有两个:电子运动的速度和自由运动电子的数量,导电率与两者的乘积成正比。尽管石墨烯的电子运动速度是铜的600多倍,但是单原子层能携带的自由电子数量实在太少。电子在石墨烯上,就如同万人长跑,却只有一条跑道,人们跑再快,单位时间内也跑不过去几个人。

孙捷告诉记者,由于石墨烯能承载的电流太小,导电率比相同面积的普通铜带导线要差很多,并不适合制造普通电缆、导线。其电子迁移率高的优势,主要适用于微电路。

“石墨烯作为半导体的替代材料也不要想象得过于乐观。”孙捷表示,目前石墨烯半导体还处于理论假设和概念宣传阶段。石墨烯的特性更接近于导体,目前通过掺杂实现石墨烯的半导体在学术理论中还有不小的问题。而氧化石墨烯虽然能够表现出半导体的特性,但性能差强人意。石墨烯成为硅半导体的替代材料在20~30年内难以实现。

混珠

除了严格意义上的石墨烯外,石墨烯粉体成为伪石墨稀概念和资本炒作的重灾区,大量膨胀石墨、石墨微片在其中鱼目混珠。

“这确实是个棘手的问题。”钟财富对此感到十分头疼。石墨烯粉体是从膨胀石墨、氧化石墨的技术路线发展而来,是石墨微片的升级产品。更薄且层数小于10个原子层的石墨微片,具有石墨烯的某些特性。当石墨微片原子层数小于5层时,则更多体现为石墨烯所具备的部分特性(除强度、透光性外)。

按照中国石墨烯产业技术创新战略联盟的标准,只有达到10个原子层以下的石墨粉体,才能被称为石墨烯粉体。然而,概念是一回事,实际是另一回事。

史小军给记者拿来两份石墨微片和石墨稀粉,同为深黑色粉末,手指捻起来同样细腻滑润。“这只能用专业的仪器区分,然而,有些事情甚至专业的仪器都难以说清楚。”史小军盯着记者疑惑的神情说,“目前石墨烯粉体制备以及应用鱼龙混杂,这正是资本能讲故事的关键所在。”

企业向原有材料中添加石墨烯粉体,就可以声称提高甚至大幅提高了产品性能,从而得到资本市场的炒作。然而,企业添加的粉体到底是不是石墨烯无人知晓。

首先,企业所用石墨烯粉体的原子层数结构是5层石墨烯还是10层石墨烯,甚至仅仅是更多层数石墨烯构成的微片。究竟哪个才是石墨烯粉体,目前没有国家标准,一个企业联盟标准也缺乏广泛的行业约束力。

其次,粉体中含有5~10层石墨烯粉体的比例是90%还是只有10%?其中杂质含量又是多少?什么是合格产品?目前甚至连行业标准都没有,各企业只能凭良心生产。

[责任编辑:赵卓然]

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