诺贝尔获得者谈石墨烯 碳纳米管更有优势吗
时间:2016-04-18 09:01来源:界面 作者:西顾
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石墨烯是目前人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。它的发现者之一，2010年诺贝尔物理学奖获得者、英国曼彻斯特大学教授康斯坦丁-诺沃肖洛夫在应用上有什么新发现？
单原子厚度的石墨晶体称之为石墨烯，被视为可提供给人类的最强晶体。石墨烯开启了在其他二维原子晶体上的实验闸门，形成了巨大的二维晶体群。
近日，2010年诺贝尔物理学奖获得者、英国曼彻斯特大学教授康斯坦丁-诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)教授做了题为《二维世界的材料》的主旨报告。从物理结构方面向大家介绍石墨烯的材料，特别是从二维异质结构的角度。
石墨烯是目前人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。
2004年，诺沃肖洛夫和曼彻斯特大学物理学家安德烈-海姆成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人因此获得了诺贝尔物理学奖。
二维材料伴随着单原子层的石墨材料——石墨烯的分离成功而提出。二维材料是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料，如纳米薄膜、超晶格、量子阱。
由于二维异质结构可以根据原子精度和性能迥异的个体层结合在一起，这些结构性质可以被用于针对性地研究新的物理现象，或适合的一个可能的巨大应用范围。这里的异质结构堆的功能是“嵌入”式的设计。
相对二维材料，还有一维材料和三维材料。一维材料是指电子仅在一个非纳米尺度方向上自由运动(直线运动)，碳纳米管(carbon nanotube)最具代表性。三维材料则是指电子在三个非纳米尺度上自由运动的材料，如纳米粉末高压成型，或控制金属液体结晶而来的纳米晶粒结构。
对于目前石墨烯的应用价值方面，诺沃肖洛夫总结认为，应该在目前已知的物理物质里应用石墨烯技术，而在二维材料里挖掘更多应用，并目标基于范德华力的异质结构，并结合RFID(射频识别)制作传感器，以及制造在这基础之上的多功能产品。
现场600多名参与者中不乏国内外对石墨烯有研究或感兴趣的学者及业界人士，有中国生产家问及，石墨烯技术何时能大规模应用推广时，诺沃肖洛夫回应称，现在已经有很多初具规模的化学产品，以及应用材料等。比如，石墨烯粉末是最为常见的产品之一，并在中国已初具规模。
去年10月，中国国家主席习近平曾前往访问曼彻斯特大学国家石墨烯研究院，听取诺沃肖洛夫介绍石墨烯研究的情况，参观了石墨烯产品展示和生产石墨烯的地下超净实验室。
作为一种新型的纳米材料，石墨烯以其独特的结构、力学和电子性质，在药物投递、肿瘤治疗等生物纳米技术领域有着广泛的应用前景。
石墨烯也已成为中国重点发展的战略新兴产业之一，是“十三五”新材料发展的重点。今年4月， 中国国家标准化管理委员会网站公布《石墨烯材料的术语、定义及代号国家标准草案(征求意见稿)》，并在一个月内向社会公开征求意见。
虽然石墨烯市场关注度高，参与者众多，但由于国内缺乏统一标准，导致市场鱼龙混杂。业内普遍认为，上述征求意见标志着中国首个石墨烯国家标准制定取得重要进展。
业内常把石墨烯和碳纳米管作比较，在当日的论坛上，清华大学物理系教授、清华-富士康纳米科技研究中心主任范守善院士也以《怎么使碳纳米管材料实用化》为题作论坛主旨报告。
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。
范守善表示，目前为止，碳纳米管可做成高分子弹性膜，垂直方向导电导热，横向绝缘。碳纳米管还可以做光学仪器，可达到接近100%的吸收率。
此外，范守善认为，碳纳米管薄膜的透光度好，只占10%的空间，并且做成可穿戴性的仿真品，做一些植入式的导线，可用于一些外科手术。
在加热器方面，碳纳米管也可发挥最大的好处，范守善表示，碳纳米管可做柔性的加热装置，膜面积小，密度大，脉冲的响应快，加热和散热就都会很快，其他材料做不到。
碳纳米管也可应用于锂电池。“从一维材料，二维三维网络来看，碳纳米管是最好的材料。”范守善表示，碳纳米管还可以做催化剂的载体，甚至复合材料，将高分子材料固化后，可以用碳纳米管控制裁切的方向。
对于最为热门的石墨烯电池这个话题，有业界人士问及是用碳纳米管还是石墨烯更好？范守善称，因为氧化物导电不好，不能阻碍离子的出入，这个角度来看用碳纳米管形成的网络较好。
“碳纳米管的膜已经形成固定的网络，如果每个氧化物的点都在网上，那就有电子出入。我们想要找个特殊的薄膜电池，而不是找新的材料(指石墨烯)来竞争。”范守善说。
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