中国发展网

诺贝尔奖获得者安德烈·盖姆:石墨烯的应用机会是无限的

2018-10-13 中国发展网

中国发展网 记者刘丹阳报道 10月13日,石墨烯领域奠基人,诺贝尔奖获得者盖姆教授在中国发展50人论坛-石墨烯专题研讨会,暨安德烈德通石墨烯金秋茶话会上发表致辞,他在演讲中指出,我们可以做各种各样的石墨烯的应用,当然还有其他的材料的结合,2D的材料,这都可以给大家提供一个很大的平台来利用,根据不同的需求,根据具体的应用,具体的行业,有很多的机会,现在都是无限的。

安德烈教授

石墨烯领域奠基人,诺贝尔奖获得者安德烈·盖姆教授 安然摄影

以下为安德烈·盖姆演讲原文:

大家好,首先非常荣幸能够来到青岛,天气也是非常好的,每次来的时候这个天气都很好。我也是一个做基础科学的科学家,所以说我是主要研究基础科学的,但是我也跟几家公司和大学进行合作,所以说我也在产业领域有所接触,包括石墨烯的产业化。所以说我也积累了一些个人的经验和看法,首先我们来看一下宏观的政策方面,包括宏观的产业方面,有的时候你可能感觉到非常的失望,那就是石墨烯并没有像阿里巴巴,以及像中国的互联网企业发展的这么快,主要它不像软件一样只需要编几行代码就可以成为千亿富翁,在几个月之内就可以成为富翁这样的情况。所以说石墨烯的发展它可能至少需要30到50年的时间才会有一个成熟的材料,而石墨烯有很大的机会,包括它有很多的产业的应用,包括它是最好的也是最薄的材料,所以在很多性能方面它都是比较好的,它比其他的材料要好的多,它有很多的应用,包括从学术到产业的应用。当然从学术到产业还需要至少5年的时间,才能够真正实现产业的应用,从实验室走入到产业当中,才能够真正研制出一些消费性的产品。

为什么会有石墨烯这个产业?之前的演讲者已经提到过了,这是一个非常好的材料,包括它的厚度,以及韧性都是非常好的,在所有的材料的结构当中,包括钢铁、硅、塑料等等,它都有自己的优越性,很多的材料都是3D的,比如说还有很多的材料他们是2D的,他们可能只有一个分子甚至一个原子那么厚。而且除此之外,当你拿着这个材料的一层,它的性能有的时候会跟整个材料是一样的,但有的时候是不一样的,如果你把这个材料的一层切下来的话,它们的性能就会有所改变,有一些性能就完全消失了。

那么我们面临各种各样的材料,不仅仅是石墨烯,我们还有其他的2D材料,比如说氮化硼的材料,他们都是2D的,这个是列出的很多2D材料,在5年之前很多的材料是不能生产出来的,但是现在已经有了很大的进步。在2D材料当中我们谈论最多的就是石墨烯,有的时候石墨烯有这种特性,比如说它的导电性是非常好的,但是在其他的方面可能并不是特别好,它们就可以由其他的2D材料取代,根据所需要的特性来选择合适的2D材料取代石墨烯。虽然在学术界的领域,大家谈论石墨烯比较多,但是在其他的一些特性方面,可能石墨烯还是比较短缺的。

谈到有很多的2D材料可以选择,可能我们在10年之前根本就没有发现,而人类发展的历史总是来利用我们各种各样的材料,包括我们身边的材料,石头、木头等等,我们消费的也是身边最容易找到的材料,而其实这种2D材料在一定的领域之内,它的应用也是非常大的,但是它们可能需要10年甚至上百年的时间才能真正实现产业化,这一点也是无可避免的,这样的话可以真正提高人类的生活。而对于在这方面产业相关者以及政策的决策者,必须要有足够的耐心,所有的产业发展都需要一定的时间,包括材料科学更是如此,我们也需要等待,需要有足够的耐心,真正实现这个产业化,包括石墨烯可能也需要另外5到10年的发展。

那么在五年之前谈石墨烯的应用,比如说在2004年的时候人们谈它的应用根本是不可能的,应用还遥遥无期,因为那个时候我们只能在实验室里面做,只能够产生非常小块的非常少数量的石墨烯,它只能用于进行科研,我记得在2009年的时候,我和成教授一起开发了孵化石墨烯,产业找到我们,公司找到我们,说我们需要你们的材料用到我们产业当中,那个时候我跟他说,我们的这个材料非常非常小,那个时候公司还跟我们说,没有关系,我们也可以用一立方米的材料,对我们来说就是足够了。而现在已经有了很大的改变,仅仅在五年之内,现在我们这个材料可以用到各种各样的领域,包括晶圆的生产,可以生产多层以及单层的生产,而且我们可以将它用于各种各样的电子元器件等等。

这个是关于石墨烯的应用,来自学术界的,包括来自于产业界对于石墨烯的想象都是非常丰富的,他们觉得可能有10万多个应用,我们可以做这个做那个,就像科幻片一样。所以在过去的几年里,有些应用是这么的广阔,所以我们可以评估在今后这些年它将替代硅成为下一代集成的材料,所以有可能这将会用在DNA的测序还有其他各种学术的应用、各个领域。所以我想谈一下,给大家举两个例子,也就是在哪里,而且实际上他们已经在运行当中了,也就是消费材料不仅仅是工业上的材料,主要是用在这些复合材料上,比如说涂料、电池,在刚才的发言人都讲到了。

谈到热管理,这里有很大的产品,所以在中国的卫星行业上,还有空间行业上,我参与了很多的公司,比如说我们把石墨烯用在LED上,我们很惊讶的看到这提高了很多的产品性能,比如说温度可以提高15度,也就是在能源节约上更好,所以您可以看到这些,在网上都可以买到这样的材料。还有就像我们很多的乐队都可以用到这样的材料,有意思的是这些业务作为学术机构,我们实际上并不了解它实际上的运行,多数人这么说,因为石墨是这么相似的导电性,在多数情况下我们用石墨是用来热管理,热导,这是很重要的它的可以从石墨烯热表面的切割都是很有利的。比如说从更多的案例中都存在现在的产品当中,而且这些还没有研究它具体的机制,所以现在这个行业的情况就像如果没有我们建议的话,他们不断的是在尝试着,就像做饭一样,他们总是用各种方法去尝试,或者来寻找这些材料能够用在什么什么样更多的领域,我们也应该听取更多的反馈。

另一个建议,我们用于不同的这些复合材料,也就是人们一开始可以看到总是说石墨烯是多么好,用于这些复合的材料,它有的时候可能还没有达到这么完美的程度,多数情况下它是用在这些电子上面,比如说一个石头从空中掉到窗户上可能会打碎,现在我们用了石墨烯的材料,这些复合材料就可以保护您的健康和安全,而且改进和提高产品的效率。当然在电子方面上,不仅仅是在这个领域,刚才很多专家也谈到过石墨烯用在轮胎上,我不是很确定,当然有数千个出租车在北京都使用石墨烯轮胎,很遗憾我还不知道这些具体的效果。这至少证明了我们有很大量的轮胎是基于石墨烯的应用,我们需要去调查一下,所以这种复合材料也就是碳纤维使用石墨烯的情况,已经在空间行业上应用了。

一个案例是您可以买一双鞋,也就是这样的运动鞋,是石墨烯强化的鞋底,当然我没有参与这个工作,我知道它的结果是50%的强度提高了,而且50%的更有弹性和更坚实,穿起来更有抓地力,所以也提高了体育运动的效率。当然这也是我们石墨烯发展的一个应用,所以这样迅猛的应用以前从来没有过。还有一个应用我可以谈一下,我可以谈好几个小时,可能我们今天下午会有很多这样的讨论,但是我要讲最有意思的一个案例,也就是在中期的应用当中是我最喜欢的材料,不一定是石墨烯,它是它的下游衍生品,这是一种材料,现在已经有了,当然它是可以大量的生产,您看到可以做出很好的膜,所以这些材料是有不同的厚度,可以做出好几平方米很薄的材料,根据您的需求,这个实验可以让大家了解它是多么的与以前不同。我们可以看到它本来是真空的,又是透气、透水,它有非常微小的洞,所以我们做了很多的气体实验,这是完全渗透性的,任何材料都可以渗透,比如一厘米的玻璃都可以。当然我们也看看水在这方面的渗透是怎样的,您可以看到10微米厚的膜,然后把它加热,您可以看到蒸汽从这里出来,一般来说这是没有阻力的,如果是谈到水的晶圆的话。所以这是一个非常与众不同的,它可以收缩,在水的情况下就变成完全是渗透性的,可以让蒸汽穿过,所以它也是很好的应用,它可以用作筛子,可以过滤所有的这些分子,事实上这是非常小的分子,比如海水中的分子都可以留下来。所以在过去的两年当中,我们控制切割,在这个级别上做了很多的学术研究,现在我们用它做过滤,也就是在海水应用当中,这样就可以使净水在这个筛子上过去。

所以还有很多的应用,关于它的功能,这些材料是另一个案例,当然它过不去,因为您可以看到它的各种各样的油料的应用,但是它是可以看到用这个膜可以分离,所以你可以看到轻脂性的油料可以在这个膜上被分离出来,一厘米的情况下也可以渗透过来。所以属于当你需要改变很多筛子的直径,你也可以做各种各样的应用。我还要提一下,比如说您可以完全清除所有的功能,只留下一个,也可以完全消除这些应用。所以回到这些氧化石墨烯,当然石墨是很硬的,它是铜制的,它很难变成膜,但是这个技术可以做出非常稳定的膜来,用石墨来做,放在任何表面上,当然它在热和化学上都是稳定的,这些材料您可以用在很多比如侵蚀性的物质上,高温的环境下,您可以盖在任何的材料上,用这个很薄的膜来覆盖,它可以承受热,还有酸碱质,或者刹车片上,这是我的主意,关于工业的应用。

所以这种石墨的涂料,这是来自氧化石墨烯,它就剪成这样非常新型的涂料,所以它们就像姐妹一样,非常好的辅助彼此,使这些材料在现在的应用当中更加体现出它好的性能,比如说在以轻脂性的油料分离方面,我想它应该在工业上在未来得到更多的开发,当然我们也听到了刚才的发言人谈到其他的应用,比如女性石墨烯还有男石墨烯等等,所以我们看到CVD石墨烯都是准备好了应用了,当然这里有很长的名单,除了电子鞋方面,今天早上徐教授也谈到了其他的应用,还有比如说储能、燃料电池等等,还有同位素的分离等等。

所以我们作为政策制定者,我们在处在这样一个工业应用和开发的年代,也就是新材料的创新年代,我们很高兴有很多机会,但是问题是它不仅仅是差别,比如说学术和行业之间的沟通,行业总是在寻求比较好的材料,就像我们做饭的这些原料一样,总是寻求更好的性能,所以有很多机会来开发它的功能,来解决这些具体的问题。比如说厚度上,或者说把10减到2,大的尺寸,小的尺寸,小的一般是用来做复合材料,大的尺寸用来做强度更高的材料,所以这是可以做一些功能化的开发,可以分散油料,也可以扩散水。所以我们可以做各种各样的石墨烯的应用,当然还有其他的材料的结合,2D的材料,这都可以给大家提供一个很大的平台来利用,根据您的需求,根据您具体的应用,具体的行业,有很多的机会,现在都是无限的。感谢。