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石墨烯跟鉛筆是一種東西?為啥鉛筆幾塊錢,石墨烯上百美元一克?

2024-02-07 18:48:19

寒冷的冬季,當你想在電商平臺上買點保暖衣物的時候,一搜索,一定會跳出來含有“”字眼的各類產品。

也可以說是拜這些商品所賜,很多人對石墨烯似乎並不陌生。但說到底,你真的知道石墨烯是什麼嗎?所謂的石墨烯保暖衣真的有用嗎?

優越的石墨烯材料

石墨烯,也叫二維碳材料,作為碳的同素異形體,它具有著其他物質難以比擬的優越導電效能以及力學優勢,可以說,在大部分的高精尖領域都有著它的身影。

就在2004年,來自英國的兩位科學家首次發現了石墨烯材料的前身,石墨薄片。那他們是透過什麼方式將這種材料提取而出的呢?

最初,兩位科學家在一種名叫高定向熱解石墨的物質中,分解出了石墨片。隨後他們透過特製膠帶,對石墨片進行了粘連與再分解。等到石墨片分解到最大程度時,他們就得到了僅剩下碳原子的薄片,而這也就是我們熟知的石墨烯了。

在當時,物理學界的主流思想還是二維晶體的普通溫度下不可能存在熱力學漲落,可石墨烯材料卻硬生生能夠打破了這一常規。因此,隨著他們對石墨烯的提取愈發熟練與科學,在短短的六年後,他們就憑此獲得了當年的諾貝爾物理獎項。

伴隨著人們對石墨烯材料的研究愈發深入,這種材料的優越特性也被髮掘了出來。由於石墨烯是石墨薄片不斷分解才形成的,因此單層的碳原子結構也讓它的重量變得非常之輕。

然而,學者們對石墨烯的硬度進行檢測之後,卻發現這種材料的硬度居然能夠達到鋼材的百倍之多。而且由於石墨烯材料的內部碳原子排列呈現蜂窩結構,因此材料本身也擁有了非常卓越的導電效能與光學優點。

通常來講,其實由石墨薄片分解而來的石墨紙是非常脆的,但通過後期的人工完善,氧化的石墨紙卻能形成韌性極強的石墨烯,這種狀態下的石墨烯材料甚至可以進行大幅度的曲折,並且還不會發生斷裂。

由於材料本身具有太多的優勢特質,因此人類社會的大部分高精尖產業都能夠發現它的影子。其中被人們熟知的就有通訊裝置、航空航天、以及能源電池領域。但令人疑惑的是,在普通的日常生活中,石墨烯材料卻非常少見,鮮有石墨烯產品問世。

優越效能的背後是高昂的製造成本

自2004年石墨烯出世以來,這種材料其實已經有了二十年的長足發展,甚至在高科技產業也有著舉足輕重的地位。

雖然很多領域已經普及了石墨烯材料,但對普通市場來說卻仍然難成主流,而這一切的根源則是石墨烯的製造過於高昂複雜。在2020年時,石墨烯材料甚至賣到了每克一百美元的價格。

也許有人會問,明明鉛筆的筆芯都是石墨材料,為什麼石墨烯卻很難量產。其實,這是因為石墨烯雖然也是碳物質,但從結構來說,卻與石墨的三維結構不同。

正如我們所講,石墨烯也叫做二維碳材料,主要原因就在於它的內部結構呈現出來的是蜂窩狀態的六方網格。這種結構確實為它帶來了穩定的結構,讓其一躍成為了眾多材料領域的寵兒。

但也正因如此,人們一直都無法實現石墨烯材料的完全量化,因為工廠但凡擴大生產規模,石墨烯的結構就會受損從而無法達到材料的使用標準。

目前,石墨烯材料最為普遍的提取方法就是化學氣相沉積法。這種方法指的是一種利用氣態物質進行反應,從而生成固態沉積的過程。透過此方法,便可以實現多種材料的薄膜剝離,並且能夠最大程度的保證薄膜的完整性。

石墨烯提取需要應用這種方式,也是因為材料本身就是脫胎於一種石墨薄片。雖然在提取方面,我們找到了最合適的方法,但最合適卻不意味著最完美。

材料的完整性雖然保持住了,但這種反應過程卻需要大量的能量支援才能夠正常進行,除此之外,在化學氣相沉積法過程中,我們還不得不新增很多額外的有害原料參加反應。

除了化學氣相沉積法之外,我們還有著碳化矽表面外延生長法等提取石墨烯材料的方式,但它們無一例外,都需要運用到大量的能量作為支援。

而這,也就註定了石墨烯材料在趕製時,必須需要投入大量的生產成本。但對於普通市場而言,大部分的民用產品並沒有如此高的材料要求。因此,這也就形成了石墨烯在高精尖產業大放異彩,在普通產業卻默默無聞的奇怪現象。

也許只有我們可以在石墨烯材料的製作成本上實現降低時,才能迎來石墨烯民用化的未來。

民用石墨烯產品仍需辯證看待

廣為人知的石墨烯電池、石墨烯保暖內衣真的具有其他產品沒有的優勢嗎?結果其實是存疑的。

事實上,石墨烯材料是具有卓越的熱傳導效能的。根據學者們多年以來對這種材料的檢測,發現了純淨的單層石墨烯材料的導熱係數甚至能夠達到五千多w/mk,遠遠高於同形態下的奈米管材質。從這一點來看,石墨烯保暖內衣確實有著很大的市場。

但熱傳導效能的卓越,只能證明石墨烯保暖內衣的功能性極強,可從商家的銷售成本來看,這會是一個高收益的買賣嗎?

答案當然是否定的,正如我們說過的,石墨烯在提取與製造過程中,就需要運用到特殊的技藝,甚至由於材料本身限制很多,所以工廠在進行加工時,還無法無限制的擴大生產規模。

種種限制疊加之下,石墨烯保暖內衣真的能夠實現量產嗎?我想大家都會打上一個大大的問號。所以說,其實市面上相當一部分的產品都存在著宣傳過當的情況,我們在購買的時候一定要擦亮眼睛才好。

而石墨烯電池其實也存在著這些情況,雖然石墨烯的蜂窩狀六方結構確實讓它具有了優越的導電效能,但這並不意味著石墨烯材料就能夠為產品生產商帶來非常大的收益空間。

如果石墨烯電池、石墨烯保暖內衣真的運用到了石墨烯材料,那這些產品在市場競爭中無疑會形成優越的競爭力,但也正因為該材料的提取成本高昂,所以市面上存在虛假宣傳的情況也是屢見不鮮。

所以在挑選民用石墨烯產品時,一定要注重產品品牌以及是否具有合理的售後,以防在交易過程中上當受騙,遭受損失。

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