石墨烯的極強導(dǎo)電性、強度、透光性和導(dǎo)熱性等特性,只是單原子厚度石墨烯的微觀性能。當(dāng)下偽石墨烯概念炒作,卻將石墨烯的微觀性能夸大為宏觀性能。
“資本市場上長久以來流傳著一張保鮮膜厚的石墨烯能撐起一頭大象,以及石墨烯強度極高,是鋼鐵強度數(shù)百倍的說法。其實這都是在偷換概念,用石墨烯制造防彈衣、太空繩更是宣傳炒作。”瑞典查爾莫斯理工大學(xué)、歐洲石墨烯旗艦計劃牽頭大學(xué)教授孫捷告訴《中國經(jīng)濟和信息化》記者,石墨烯所謂的高強度,是指在相同宏觀厚度假設(shè)條件下,通過簡單數(shù)學(xué)推算后得出的強度差異。
石墨烯的厚度只有0.35納米,即使是1毫米厚的鋼板,也是石墨烯厚度的200多萬倍。即使考慮到石墨烯強度較高,也要幾千層石墨烯疊加在一起才相當(dāng)于1毫米鋼板所能承受的力量。
然而,石墨烯一旦疊加大約超過10層,就會喪失大多數(shù)獨有特性,重新變成石墨。因此,用石墨烯制造防彈衣、太空繩,這幾乎不可能實現(xiàn)。
“對于石墨烯的導(dǎo)熱特性也存在同樣的偷換概念?!睂O婕解釋。盡管石墨烯導(dǎo)熱系數(shù)是銅的十幾倍,但是石墨烯只有一個原子厚,這決定了石墨烯無法用于大型器件散熱,而更適合極微小器件散熱。
此外,關(guān)于用石墨烯制作超級電纜的說法也存在誤導(dǎo)。石墨烯超高導(dǎo)電率的說法并不準(zhǔn)確,其也是建立在假設(shè)基礎(chǔ)上的數(shù)字游戲。
決定物體導(dǎo)電率的因素有兩個:電子運動的速度和自由運動電子的數(shù)量,導(dǎo)電率與兩者的乘積成正比。盡管石墨烯的電子運動速度是銅的600多倍,但是單原子層能攜帶的自由電子數(shù)量實在太少。電子在石墨烯上,就如同萬人長跑,卻只有一條跑道,人們跑再快,單位時間內(nèi)也跑不過去幾個人。
孫捷告訴記者,由于石墨烯能承載的電流太小,導(dǎo)電率比相同面積的普通銅帶導(dǎo)線要差很多,并不適合制造普通電纜、導(dǎo)線。其電子遷移率高的優(yōu)勢,主要適用于微電路。
“石墨烯作為半導(dǎo)體的替代材料也不要想象得過于樂觀。”孫捷表示,目前石墨烯半導(dǎo)體還處于理論假設(shè)和概念宣傳階段。石墨烯的特性更接近于導(dǎo)體,目前通過摻雜實現(xiàn)石墨烯的半導(dǎo)體在學(xué)術(shù)理論中還有不小的問題。而氧化石墨烯雖然能夠表現(xiàn)出半導(dǎo)體的特性,但性能差強人意。石墨烯成為硅半導(dǎo)體的替代材料在20~30年內(nèi)難以實現(xiàn)。
混珠
除了嚴(yán)格意義上的石墨烯外,石墨烯粉體成為偽石墨稀概念和資本炒作的重災(zāi)區(qū),大量膨脹石墨、石墨微片在其中魚目混珠。
“這確實是個棘手的問題?!辩娯敻粚Υ烁械绞诸^疼。石墨烯粉體是從膨脹石墨、氧化石墨的技術(shù)路線發(fā)展而來,是石墨微片的升級產(chǎn)品。更薄且層數(shù)小于10個原子層的石墨微片,具有石墨烯的某些特性。當(dāng)石墨微片原子層數(shù)小于5層時,則更多體現(xiàn)為石墨烯所具備的部分特性(除強度、透光性外)。
按照中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的標(biāo)準(zhǔn),只有達(dá)到10個原子層以下的石墨粉體,才能被稱為石墨烯粉體。然而,概念是一回事,實際是另一回事。
史小軍給記者拿來兩份石墨微片和石墨稀粉,同為深黑色粉末,手指捻起來同樣細(xì)膩滑潤?!斑@只能用專業(yè)的儀器區(qū)分,然而,有些事情甚至專業(yè)的儀器都難以說清楚。”史小軍盯著記者疑惑的神情說,“目前石墨烯粉體制備以及應(yīng)用魚龍混雜,這正是資本能講故事的關(guān)鍵所在?!?
企業(yè)向原有材料中添加石墨烯粉體,就可以聲稱提高甚至大幅提高了產(chǎn)品性能,從而得到資本市場的炒作。然而,企業(yè)添加的粉體到底是不是石墨烯無人知曉。
首先,企業(yè)所用石墨烯粉體的原子層數(shù)結(jié)構(gòu)是5層石墨烯還是10層石墨烯,甚至僅僅是更多層數(shù)石墨烯構(gòu)成的微片。究竟哪個才是石墨烯粉體,目前沒有國家標(biāo)準(zhǔn),一個企業(yè)聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)也缺乏廣泛的行業(yè)約束力。
其次,粉體中含有5~10層石墨烯粉體的比例是90%還是只有10%?其中雜質(zhì)含量又是多少?什么是合格產(chǎn)品?目前甚至連行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都沒有,各企業(yè)只能憑良心生產(chǎn)。