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朱宏偉教授在實(shí)驗(yàn)室

  他顛覆業(yè)界對(duì)石墨烯的盲目推崇；直言，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)打著石墨烯的幌子渾水摸魚；他說，所謂的“用石墨烯制作電容裝置幾分種就能完成智能手機(jī)充電”太過夸張；他認(rèn)為，國(guó)內(nèi)石墨烯有泡沫很正常，這是走向成熟的必然存在的現(xiàn)象。

困難一：制備

  2004年曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家（K. Novoselov和A. Geim）費(fèi)勁地用膠帶從石墨上剝離下來了一點(diǎn)石墨烯，由此獲得了2010年諾貝爾物理獎(jiǎng)，并被視作“石墨烯之父”，而石墨烯也走入科研界和產(chǎn)業(yè)界視野，成為追捧的對(duì)象。

  石墨烯被稱為“黑金”、“新材料之王”，甚至被譽(yù)為“徹底改變21世紀(jì)的黑科技”。石墨烯是人們發(fā)現(xiàn)的第一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。由于碳原子特殊結(jié)構(gòu)的排列導(dǎo)致了石墨烯擁有一些非常神奇的特性：石墨烯不僅是世界上最硬的材料，而且有很強(qiáng)的柔韌性；而且擁有高導(dǎo)熱性和超快的載流子遷移率。

  這些特性隨便哪一個(gè)被應(yīng)用都將是顛覆當(dāng)前產(chǎn)業(yè)的技術(shù)：比如石墨烯的透明性、導(dǎo)電性和柔性應(yīng)用在電子器件領(lǐng)域，就可以實(shí)現(xiàn)柔性觸控屏，手機(jī)可以像腕表一樣折疊起來；石墨烯的抗?jié)B性和導(dǎo)電性可應(yīng)用于防護(hù)涂層和阻隔膜；石墨烯的柔性、透明性及對(duì)多種物理信號(hào)的高靈敏度響應(yīng)可以制成傳感器，應(yīng)用在多功能電子皮膚；也可以用石墨烯做電極材料，提升儲(chǔ)能器件的性能。

  “在制備上，我覺得還沒有真正穩(wěn)定、可靠、高質(zhì)量、高可控的批量制備技術(shù)。雖然國(guó)內(nèi)近兩年在制備方面有很多突破�！敝旌陚ソ淌诒硎�。

  “雖然制備技術(shù)多種多樣，但如果獲得高晶度、高質(zhì)量的石墨烯還是有難度�！敝旌陚ケ硎�，“材料能夠應(yīng)用起來很大程度上取決于制備，只有獲得穩(wěn)定可靠批量的制備技術(shù)，才能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其實(shí)以前的材料都是這樣的模式，不管是鋼鐵、半導(dǎo)體、塑料、高分子，沒有可靠的批量制備技術(shù)，基礎(chǔ)研究做的再好也都用不起來�！�

困難二：應(yīng)用

  雖然在制備上還存在問題，但中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)卻似乎迎來了“春天”：來自中國(guó)經(jīng)濟(jì)信息社發(fā)布的《2016-2017中國(guó)石墨烯發(fā)展年度報(bào)告》顯示2016年以來，中國(guó)石墨烯企業(yè)爆發(fā)式增長(zhǎng)，年新增企業(yè)超過700家，其中研發(fā)類企業(yè)占比約43%。

  不僅如此，從政府層面也對(duì)石墨烯產(chǎn)業(yè)進(jìn)行鼓勵(lì)支持，各地政府紛紛成立了與石墨烯相關(guān)的產(chǎn)業(yè)園區(qū)或者企業(yè)聯(lián)盟或是示范基地。

  “我感覺現(xiàn)在中國(guó)的石墨烯產(chǎn)業(yè)是走在最前面的，不管是政府、企業(yè)、、資本市場(chǎng)、學(xué)術(shù)界都給予了很大的關(guān)注。另外，就是大家都在努力找應(yīng)用，可以讓其真正走向普通百姓的應(yīng)用�！敝旌陚ソ淌诒硎�。

  有媒體曾報(bào)道如果用石墨烯制作電容裝置，它的充放電速度是鋰電池100倍——1000倍，幾分鐘就能完成智能手機(jī)充電。對(duì)此，朱宏偉教授這個(gè)在理論和實(shí)驗(yàn)上都不成立。

  在朱宏偉看來，中國(guó)很多企業(yè)開發(fā)的石墨烯應(yīng)用過于粗放了，石墨烯的真正能夠發(fā)揮作用的應(yīng)該是能充分利用其“輕、薄、柔”等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的場(chǎng)合，或在微納芯片、光電子等核心器件里。

  與國(guó)外相比，中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展有點(diǎn)“操之過急”。朱宏偉表示，國(guó)外很多大企業(yè)關(guān)注石墨烯，都一定會(huì)想著先把前期路鋪好，寧可將大量資金投入基礎(chǔ)研發(fā)，也不會(huì)盲目建生產(chǎn)線。但中國(guó)企業(yè)總是先將架子搭起來，但就是個(gè)空架子，都不敢運(yùn)行，因?yàn)闆]有下游市場(chǎng)。

  朱宏偉表示，“中國(guó)石墨烯市場(chǎng)有泡沫，魚龍混雜，但是這個(gè)現(xiàn)象是一個(gè)東西能走向成熟，最后能應(yīng)用起來的一個(gè)必然存在的現(xiàn)象。今年是是一個(gè)很關(guān)鍵的一年，如果找不到真正的應(yīng)用，無論是資本市場(chǎng)還是基礎(chǔ)研發(fā)的熱情都會(huì)有所消退�！�

缺陷變優(yōu)勢(shì)：多功能電子皮膚

  結(jié)構(gòu)缺陷仍然是目前石墨烯制備中存在的問題，朱宏偉教授及其團(tuán)隊(duì)巧妙的利用了這一缺陷，開發(fā)了一種基于石墨烯柔性傳感器的多功能電子皮膚。

  “為何是石墨烯，因?yàn)榉略烊说钠つw需要和身體能夠很好的貼合。所以這個(gè)東西一定要薄，甚至要透明就像電子紋身一樣，還要能夠感知和傳遞各種信號(hào)。石墨烯的特性是這一應(yīng)用的最佳材料之選。”朱宏偉表示。

  正如前文所提到的，現(xiàn)在獲得高晶度、高質(zhì)量的石墨烯在制備上還存在一定難度。因此，朱宏偉在想，是不是可以避開制備技術(shù)上的高要求，也許有些應(yīng)用就是利用這一有缺陷的石墨烯，比如傳感器。

  晶化、高質(zhì)量的石墨烯對(duì)變形不敏感，但一旦設(shè)計(jì)一些缺陷，馬上就會(huì)靈敏起來，而這正是傳感器需要的，需要對(duì)外界信號(hào)的變化敏感。

  “石墨烯要是一個(gè)完整的單晶片，當(dāng)變形的時(shí)候，電阻變化不大，也就不靈敏。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種特殊的結(jié)構(gòu)，就像魚鱗一樣�！敝旌陚バ稳�，“把石墨烯的每一小片堆起來，在拉伸時(shí)片和片之間會(huì)有滑動(dòng)，電阻會(huì)迅速變化。極其微小的變形就會(huì)使電阻有一個(gè)非常明顯的變化。”

  就是利用這樣一種巧妙的仿生結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步了設(shè)計(jì)基于石墨烯的多功能電子皮膚，極大地降低了變色閾值的開啟應(yīng)變，在應(yīng)變10%以內(nèi)，通過快速變化的器件顏色準(zhǔn)確地探測(cè)微小的變形刺激。

  目前，朱宏偉教授想把這個(gè)產(chǎn)品原型進(jìn)行產(chǎn)品化，做成監(jiān)測(cè)人體生理狀態(tài)的可穿戴設(shè)備；另外，通過不同的堆疊結(jié)構(gòu)還設(shè)計(jì)出了基于石墨烯試紙的液體分析方法，應(yīng)用到食品安全方面，檢測(cè)飲料、酒類，進(jìn)行識(shí)別、防偽、真假的辨別。