貴為“新材料之王”
石墨烯是目前人類所發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最好的一種新型納米材料，被稱為“黑金”以及“新材料之王”。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，石墨烯是一種以特殊方式構(gòu)成的六角形呈蜂巢狀晶格的碳原子單層物質(zhì)，也可以理解為石墨的單層結(jié)構(gòu)。它的晶格是由6個(gè)碳原子圍成的，是目前世界上已知最薄的納米材料，厚度約為0.334納米。假設(shè)一根頭發(fā)的直徑是0.05毫米，把它軸向平均剖成大約15萬(wàn)根，每根的厚度大約就是石墨烯的厚度。用石墨鉛芯的鉛筆在紙上輕輕掃過(guò)，留下的痕跡就可能是幾層石墨烯。
石墨烯具有超強(qiáng)的堅(jiān)硬度，比最好的鋼材還要硬200倍，卻輕薄得可以立于玫瑰花瓣上;它具有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20%;其電子遷移率非常高，是硅的100倍;它熱導(dǎo)率很高，是銅的10倍;它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光;它的結(jié)構(gòu)非常致密，即使是最小的氣體原子(氫原子)也無(wú)法穿透;它的表面積最大，4克就可鋪滿一個(gè)足球場(chǎng)……
正因?yàn)榫哂羞@些優(yōu)質(zhì)的光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)特性，石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。石墨烯目前較有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來(lái)生產(chǎn)未來(lái)的超級(jí)計(jì)算機(jī)。石墨烯碳原子的特殊結(jié)構(gòu)形式，使其具有超強(qiáng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，應(yīng)用于晶體管方面，在接近單個(gè)原子的尺度上依然能夠穩(wěn)定地工作，而且可以達(dá)到極高的工作頻率。相比之下，目前以硅為材料的晶體管在10納米左右的尺度上就會(huì)失去穩(wěn)定性。相關(guān)資料顯示，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。IBM公司在2010年2月就已宣布將石墨烯晶體管的工作頻率提高到了100GHz，超過(guò)同等尺度的硅晶體管。
石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)使它對(duì)周圍的環(huán)境非常敏感，應(yīng)用于化學(xué)傳感器，靈敏度可以與單分子檢測(cè)的極限相比擬，是電化學(xué)生物傳感器的理想材料。在醫(yī)學(xué)上，石墨烯制成的傳感器檢測(cè)多巴胺、葡萄糖等具有良好的靈敏性。
此外，石墨烯材料在柔性顯示屏、感光元件、新能源電池、海水淡化過(guò)濾器、儲(chǔ)氫材料及航空航天軍工應(yīng)用等領(lǐng)域也具有突出的優(yōu)勢(shì)。有科學(xué)家甚至預(yù)言，石墨烯將徹底改變21世紀(jì)，極有可能掀起一場(chǎng)席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。
“石墨烯+纖維”功能強(qiáng)大
石墨烯這種神奇的材料，不僅能應(yīng)用于航空航天等高科技領(lǐng)域，也能在人類的日常服飾方面大展身手。
石墨烯導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300瓦/米·度，高于碳納米管和金剛石，具有非常好的熱傳導(dǎo)性能，而且常溫下其電子遷移率超過(guò)納米碳管和硅晶體，而電阻率只約10-8歐·米，為世界上電阻率最小的材料。因此，由石墨烯制成的發(fā)熱膜，通過(guò)電池充電后能實(shí)現(xiàn)10秒升溫，產(chǎn)生熱量供給人們保暖。
此外，石墨烯還具有諸多引人矚目的光學(xué)屬性。IBM的研究人員發(fā)現(xiàn)，石墨烯能吸收和輻射高達(dá)40%的遠(yuǎn)紅外線。人體又是良好的遠(yuǎn)紅外線吸收體，其吸收波段以3~15微米為主，剛好是在石墨烯遠(yuǎn)紅外線的作用波段。石墨烯加熱發(fā)射的8~15微米遠(yuǎn)紅外波，能激活人體細(xì)胞核酸蛋白質(zhì)等生物分子，深入人體的皮下組織改善血液循環(huán);可直達(dá)肌肉關(guān)節(jié)深處，改善關(guān)節(jié)疼痛;可以調(diào)節(jié)自律神經(jīng)，應(yīng)用于抑郁癥治療;能夠提高巨噬細(xì)胞的吞噬功能，提高免疫功能;其熱作用通過(guò)神經(jīng)體液的回答反應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)消炎功能;增加細(xì)胞的活力，增強(qiáng)生物體的新陳代謝等功能。
近年來(lái)，已經(jīng)有企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)利用石墨烯這些光學(xué)屬性，合作研發(fā)了生物質(zhì)石墨烯黏膠纖維紡絲技術(shù)，生產(chǎn)了生物質(zhì)石墨烯復(fù)合纖維，生物質(zhì)石墨烯內(nèi)暖烯孔材料和石墨烯內(nèi)暖絨材料等。這些“石墨烯+纖維”，除了具有一般纖維的特征外，還具有極強(qiáng)的低溫遠(yuǎn)紅外和防紫外線功能，有激活人體免疫細(xì)胞，增強(qiáng)機(jī)體機(jī)能，改善微循環(huán)，抑菌抗菌等功能。業(yè)內(nèi)人士表示，石墨烯市場(chǎng)前景廣闊，不但對(duì)化纖紡織行業(yè)產(chǎn)生重大影響，對(duì)多個(gè)行業(yè)都將帶來(lái)誘人的改變。
廣泛應(yīng)用尚需時(shí)日
2017年央視春節(jié)聯(lián)歡會(huì)上，一款神奇的高科技服裝精彩亮相。當(dāng)時(shí)在哈爾濱分會(huì)場(chǎng)零下30℃的露天滑冰表演場(chǎng)地上，一群身穿輕薄型連體服裝的演員翩翩起舞。這款表演服裝便是采用石墨烯材料制成的。其利用石墨烯外觀輕薄的特點(diǎn)和具有快速充電釋放熱量且蓄積熱能功能的突出優(yōu)勢(shì)，很好地達(dá)到了抗寒保暖的效果。據(jù)研發(fā)該產(chǎn)品的智烯科技公司負(fù)責(zé)人介紹，這款特殊的服裝能在30秒內(nèi)快速升溫到40℃左右，恒溫時(shí)間可持續(xù)3~5小時(shí)，具有高效保暖效果以及輕巧、便捷的特點(diǎn)。
如今兩年過(guò)去了，石墨烯保暖服飾是否已經(jīng)走下舞臺(tái)來(lái)到尋常百姓家?業(yè)內(nèi)人士表示，石墨烯在服裝方面的廣泛應(yīng)用尚需時(shí)日。
在學(xué)術(shù)人士看來(lái)，目前石墨烯材料的生產(chǎn)和技術(shù)的研發(fā)，還沒(méi)有完全進(jìn)入到工業(yè)化的生產(chǎn)階段，真正的石墨烯產(chǎn)品還非常少。幾位做石墨烯面料生產(chǎn)的業(yè)內(nèi)人士表示，石墨烯這種材質(zhì)目前確實(shí)正在開(kāi)發(fā)應(yīng)用到服裝面料上，不過(guò)現(xiàn)在還是以少量的運(yùn)動(dòng)和戶外服裝應(yīng)用居多，距離全面進(jìn)入服裝領(lǐng)域還有很大的距離。
專家表示，石墨烯的保暖功效毋庸置疑，但是目前市場(chǎng)上真正掌握石墨烯面料制造技術(shù)的生產(chǎn)廠家還比較少。一方面，石墨烯制造成本非常高，對(duì)于一般銷售價(jià)格在百八十元的保暖褲而言，有多少石墨烯含量可想而知;另一方面，即使是真正的石墨烯面料，相較于羊絨或者很多化纖材料相似的保暖效果，消費(fèi)者是否愿意為其高昂的價(jià)格買單。
“石墨烯用途正逐步拓展，但速度沒(méi)有想象中那么快，因?yàn)橐豁?xiàng)新技術(shù)一般可能需要5~10年，甚至更長(zhǎng)時(shí)間，才能真正深入到我們生產(chǎn)生活當(dāng)中?！眹?guó)家膠體材料工程技術(shù)研究中心相關(guān)專家表示。
盡管人們對(duì)石墨烯進(jìn)入日常生活充滿期待，產(chǎn)業(yè)化之路仍漫長(zhǎng)而崎嶇。起碼可以負(fù)責(zé)地說(shuō)，目前市場(chǎng)上幾十元一條的“石墨烯”保暖褲并沒(méi)有宣傳得那么“美”。
霜降過(guò)后，冷空氣到各地打卡。各式各樣的防寒保暖服裝悉數(shù)登場(chǎng)，其中一款號(hào)稱“移動(dòng)的恒溫棉被”，還能點(diǎn)亮燈泡，促進(jìn)血液循環(huán)的石墨烯保暖褲吸人眼球。石墨烯到底是什么高科技材料，添加了石墨烯的保暖褲真有商家宣傳的那么神奇嗎?