在日前舉行的“2011中國科技創業計劃大賽”中,中科院寧波材料所新能源技術研究所劉兆平團隊的石墨烯產業化技術一舉奪得“海外人才創業獎”,獲大賽最高獎金100萬元,從而引起社會各界的廣泛關注。人們不禁要問:什么是石墨烯?這項陌生的產業化技術具有怎樣的意義?
“石墨烯其實就是單層石墨,是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的二維晶體,它只有一層碳原子的厚度,是目前世界上最薄的材料。”劉兆平研究員告訴記者,“2004年,海姆與同事康斯坦丁·諾沃肖洛夫制成石墨烯,石墨烯從此成為科學界和工業界關注的焦點,兩人憑此獲得2010年的諾貝爾物理獎。”
石墨烯之所以如此令人關注,是因為這個產品在信息技術、新能源、功能復合材料乃至生物醫學等諸多領域均具有極其廣闊的應用前景。劉兆平解釋說,石墨烯很有可能取代硅成為下一代超高頻率晶體管的基礎材料而廣泛應用于高性能集成電路和新型納米電子器件中,也有可能作為添加劑廣泛應用于新型高強度復合材料之中。石墨烯良好的導電性及其對光的高透過性,又讓它在透明導電薄膜的應用中獨具優勢。
“石墨烯產業化技術的應用,將會給我們的生活帶來很多令人驚喜的變化。比如我們都知道蘋果手機,它的屏幕已經很薄了,但是如果用有石墨烯成分的原料來做這個屏幕,我們可以直接把屏幕折疊起來使用,透明性也很好,就像電影《阿凡達》里的那個透明彎曲、懸浮著的虛擬顯示屏。另外,它還可以用于制作石墨烯動力電池。現在的電瓶車、電動汽車的普通電池充電通常需要1~3小時,石墨烯動力鋰電池在10分鐘內就可以完成快速充電,而且電池的性能會大大提高,壽命更長。”劉兆平說。
誘人的市場前景促使世界各國的科學家們紛紛以極大的熱情投入到石墨烯的基礎與應用研究之中,近年來該項技術的發展更是呈現出突飛猛進的態勢。但由于石墨烯資源有限且不可再生,制備成本又非常昂貴,每克要5000元,高昂的制作成本成為橫亙在石墨烯產業化發展進程中的一道難以逾越的障礙。因此,攻克石墨烯低成本規制備技術,成為科學家們共同面對的一個挑戰。
為攻克這道世界性難題,劉兆平研究員和他的團隊義無反顧地投身到艱苦的研究之中。在中科院知識創新工程重要方向項目的支持下,經過兩年多的努力,最終成功取得了石墨烯低成本規模化制備技術的重大突破。今年7月,他們通過和寧波一家企業合作,建成了世界上第一條且擁有完全自主知識產權的年產30噸石墨烯中試生產線,并成功地通過了中試。從中試結果來看,不僅產品品質達到國際先進水平,而且產品售價可以直降至每千克3000元,具有極強的市場競爭力。現在項目組已經收到了國外客戶的訂單。