从塑料到石墨烯，材料怎样革新未来？(2)

另一方面，在被广泛应用之前，石墨烯必须兑现市场预期，提供比现有技术更高的效益或者更低的价格。此外，石墨烯还须在顾客指定时问内保质保量地实现大批量供货。而面对每年成千上万新型石墨烯应用专利的申请，当前，全球石墨烯产量仅可勉强满足实验室研究人员的需求，商用市场根本无从谈起，因此高质量的石墨烯产品价格相当高。

人类工业化的历史经验表明，新材料的发明制取在现代产业体系中扮演了举足轻重的角色，屡次催生出新产业甚至是新产业群。然而，新材料在产业化过程中，往往在技术、市场和组织等方面存在极大的不确定性。而如果按照硅材料产业的成熟周期为20年来推断，石墨烯产业化成熟还要5~10年，因此，石墨烯想要真正引领“黑金”时代，还有一段路要走。

塑料，是20世纪最伟大的发明之一。1869年，印刷工人约翰·海厄特发现，在硝化纤维中加进樟脑，改性后的硝化纤维柔韧性和刚性都非常优异，通过热压后可制成各种形状的制品，这种材料被命名为“Celluloid（赛璐珞）”，这也是最古老的塑料制品。三年后，这种古老的塑料制品开始投产，大部分用于象牙代用品、马车和汽车的风挡和电影胶片等，从此开创了塑料工业。

当前，塑料几乎在所有领域都得到广泛应用——人们用聚对苯二甲酸乙烯制成的瓶子喝水；穿着尼龙和聚酯纤维制成的服装，开着配备各种塑料部件的汽车；人们乘坐的飞机上都是装有塑料的舱顶行李箱；而人们日常使用的收音机、电视和电脑则全部采用流线型的塑料外壳。

而过去这种对于塑料应用的想像，今天也被人们如出一辙地复制在了石墨烯上。2010年10月5日，瑞典皇家学院宣布了当年诺贝尔物理学奖获奖者及其获奖理由：安德烈·海姆（Andre Heim）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novose-lov）制备出了石墨烯材料，并发现其所具有的非凡属性，向世界展示了量子物理的奇妙。

众所周知，材料是人类赖以生存和发展的物质基础，推动着整个人类文明的演化。从木石泥，到铜铁钢，再到硅晶片、碳纤维，历史经验表明，人类社会每一个新时代都会有一种新材料出现，而这种新材料往往成为那一时代生产力提升的“发动机”。不过，对于过去的材料来说，都无法逃脱随着使用时间的延长而出现损耗的宿命。

不仅如此，对于汽车来说，在某些硬件处使用密度更大的材料通常会使安全性得到提升，然而车身的重量一旦增加，燃油的经济性便会下降。而只要使用石墨烯代替传统的设备强化方法，我们就可以在使物品更加坚固的同时使物品的重量更轻。无论是并未发生实质性损毁的汽车引擎和轮胎，还是无需因日常磨损而频繁维护的机械设备，石墨烯几乎都可以改善它们的耐用性能。

其中，最重要的还是两方面的原因，一方面，石墨烯还面临制造的障碍。目前，石墨烯的制造难度仍然很大，当前，制备石墨烯有4种主流方法：机械剥离法、化学气相沉淀法（CVD）、碳化硅（SiC）外延生长法和氧化还原法。

不过，石墨烯好则好矣，但却离普通消费者仍有一定的距离。究其原因，除了制造、营销及配售新产品或改造产品常见的障碍外，石墨烯产品所面临的其他困难还包括：创建和维护原材料供应链、与拥有牢固客户基础的技术展开竞争，以及应对不可避免的法律问题。

实际上，石墨烯的理论研究距今不过60多年的历史，其曾被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在。现实中，人们常见的石墨就是由无数层石墨烯堆叠在一起构成的（厚1毫米的石墨大约包含300百万层石墨烯），用铅笔在纸上轻轻画过，留下的痕迹就有可能是一层或数层石墨烯。由于石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离成薄薄的石墨片。如果能找到方法将石墨薄片进一步剥成只有一个碳原子厚度的单层，就能得到石墨烯。

正是基于这一原理，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在2004年用机械剥离法首次成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，即一种由乙苯环结构周期性紧密堆积的碳原子构成的二维碳材料。特殊的结构使得石墨烯成为构成其他石墨材料的基本单元，它既可以翘曲成零维的富勒烯（巴基球），也能卷成一维的碳纳米管，还可以堆垛成三维的石墨。

文章来源：《中国塑料》 网址: http://www.zgslgw.cn/zonghexinwen/2022/0801/942.html