从塑料到石墨烯，材料怎样革新未来？

如果说塑料的发明是20世纪伟大的新材料，

那么石墨烯或将成为21世纪的颠覆性材料。

如今石墨烯所彰显的巨变力量，

一点也不比当初的塑料少。

从塑料到石墨烯

塑料和石墨烯一样，都是由碳基分子形成的。碳原子的长链和其他元素按照重复结构单元连接在一起，这通常被称为聚合物，也就是塑料的专业名称。只不过，塑料瓶和购物袋并不是唯一的高分子聚合物形式。包括淀粉、蛋白质或 DNA 在内的天然聚合物都是促成身体机能运转的要素。

实际上，聚合物很早就已被人类发现，但一直未能投入重要应用当中。直至在人类 20世纪初首次从石油当中提炼出聚合物后，它才得到大规模应用。1907年，利奥·贝克兰发明的第一种塑料制品就是聚合物，此后，一系列为人熟知的塑料品种才相继出现，包括聚苯乙烯、聚酯、聚氯乙烯（PVC）聚乙烯、尼龙和聚对苯二甲酸乙二醇酯等。

当前，塑料几乎在所有领域都得到广泛应用，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·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫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。

而石墨烯的神奇特性正是由这种独特的结构赋予的——用肉眼观察，石墨烯呈黑色粉末状，握在手里轻若无物，但却是目前人类已知的导电导热性好、重量轻、强度大、韧性好并具有高透光率和高比表面积的材料。凭借自身良好的光、电、热、力等性能，石墨烯被人们寄予了诸多超乎想象的特性，并成为碳时代的“黑金”。

新材料的希望

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”。

放眼未来，如果石墨烯的性能被彻底发挥出来，那么大数据、物联网、云计算、智能设备等各项前沿领域将会取得重大突破，不仅将会实现“万物互联”，人们习以为常的生产生活方式也会被彻底颠覆。

“黑金”时代怎么还没到来？

当前，石墨烯被形象地称为“黑金”“万能材料”“新材料之王”“未来材料”和“革命性材料”，甚至有科学家预言其极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术革命，进而彻底改变21世纪。

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。其中，机械剥离法是实验室制备石墨烯的主要方法，也是当前制取单层高品质石墨烯的主要方法；化学气相沉淀法被认为最有希望制备出高质量、大面积的石墨烯，是产业化生产石墨烯薄膜最具潜力的方法；碳化硅外延生长法虽然可以制得大面积的高质量单层石墨烯，但受单晶SiC的价格昂贵、石墨烯生长条件苛刻、生长出来的石墨烯难以转移等因素影响，其目前主要用于以SiC为衬底的石墨烯器件的研究；氧化还原法也被认为是目前制备石墨烯的最佳方法之一。

如果基于石墨烯生产的 “杀手级应用”被发明出来，那么石墨烯市场或将迎来一场批量化生产的竞赛，以满足这一需求。一旦产量增加，特别是出现很多供应商后，每单位的石墨烯产品的价格就会下降，只有这样，一个强大的商业市场才能形成。

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。同时也不排除新技术的发现或将快速推动石墨烯产业在快速应用，目前石墨烯材料已经在新能源电池领域、热传导领域、润滑油领域、防腐材料方面取得了令人瞩目在成果，相信不远的将来必将在我们生活各个方面大放异彩。

免责声明 | 部分素材源自网络，版权归原作者所有。如有侵涉，请联系我们处理。