石墨烯點(diǎn)爆材料革命 無法擺脫的“特斯拉魔咒”

    鋰電世界  石墨烯，這個(gè)以往更多出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室的材料，一夜之間成為產(chǎn)業(yè)界“新寵”。從三星的移動(dòng)手機(jī)、蘋果的可穿戴設(shè)備，到特斯拉電動(dòng)車的電池，都出現(xiàn)了石墨烯材料的身影。

　有人說，誰掌握了石墨烯技術(shù)，誰就掌握了未來電子設(shè)備市場發(fā)展的關(guān)鍵。由于它可以讓設(shè)備變得更薄更柔軟，海外媒體認(rèn)為石墨烯將成為蘋果和三星的下一個(gè)戰(zhàn)場。目前蘋果、三星和谷歌已經(jīng)在競爭收購，欲將這種材料用于移動(dòng)和可穿戴設(shè)備中的相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)都收入囊中。
　　
    電動(dòng)車“教父”馬斯克的野心是，不久以后實(shí)現(xiàn)單次充電續(xù)航里程達(dá)500英里的目標(biāo)，因?yàn)槭┗枠O材料可將現(xiàn)有鋰離子電池的能量密度和輸出功率提高三倍。
　　
    馬斯克的野心點(diǎn)燃了全球的暗戰(zhàn)。日本火速研發(fā)出特制的石墨烯材料替代鉑作為催化劑，可大幅降低電動(dòng)車電池成本。西班牙Graphenano公司計(jì)劃于2015年將石墨烯聚合材料電池投入生產(chǎn)，并與德國兩家汽車巨頭合作，本月投入試驗(yàn)。
　　
    在中國，石墨烯得到高層的特別關(guān)注。據(jù)新華社報(bào)道，國家主席習(xí)近平13日晚考察了江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，了解石墨烯研發(fā)情況。有消息稱，工信部等計(jì)劃將石墨烯寫入“十三五”新材料規(guī)劃。
　　
    盡管一般人每天駕車出行的平均里程僅為100英里(約合161千米)左右，但特斯拉首席執(zhí)行官馬斯克仍對ModelS汽車目前所使用的85千瓦時(shí)電池組感到不滿，他希望能將電池容量提高一倍。
　　
    “公司將有可能開發(fā)出一款500英里(約合805千米)續(xù)航里程的汽車。事實(shí)上，我們可能很快就能做到這一點(diǎn)。”馬斯克的話讓人對石墨烯浮想聯(lián)翩。
　　
    美國科學(xué)界預(yù)測，一旦石墨烯基陽極材料技術(shù)成熟，特斯拉可在不久后實(shí)現(xiàn)單次充電續(xù)航里程達(dá)500英里的目標(biāo)。根據(jù)技術(shù)參數(shù)，這種材料將可把鋰離子電池的能量密度和輸出功率提高三倍。
　　
    馬斯克的一舉一動(dòng)都被視為電動(dòng)車技術(shù)發(fā)展最新風(fēng)向標(biāo)，“特斯拉魔咒”至今難以破解。這種“跟風(fēng)式”的研發(fā)正在日本、西班牙全面展開，有望引領(lǐng)下一次材料革命提前爆發(fā)。
　　
    日前，日本東北大學(xué)助教伊藤良一率領(lǐng)的研究小組嘗試用石墨烯作為替代催化劑。石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)新材料，價(jià)格不高。研究人員先利用片狀石墨烯制作出立體結(jié)構(gòu)，然后用氣相沉積法給立體結(jié)構(gòu)鍍上氮和硫。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鍍上的氮和硫的量越多，就越能高效催化制造出更多的氫。研究人員稱，如果在石墨烯催化劑中再加入鎳，其制氫能力就可以超越鉑催化劑，預(yù)計(jì)將此技術(shù)市場化后，可以使燃料電池成本大大下降。
　　
    一家在西班牙以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的公司Graphenano與該國科爾瓦多大學(xué)合作研究出首例石墨烯聚合材料電池，預(yù)計(jì)該電池2015年將此投入生產(chǎn)。本月，兩家德國汽車巨頭將對這款新型電動(dòng)車進(jìn)行試驗(yàn)。
　　
    技術(shù)分析人士稱，這項(xiàng)新技術(shù)是將石墨烯做成聚合物，其優(yōu)勢在于它的能量密度、持續(xù)時(shí)間、充電速度、重量和價(jià)格。Graphenano的副總裁強(qiáng)調(diào)：“它對于航空業(yè)、汽車業(yè)、計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)都意味著一個(gè)跨越性的發(fā)現(xiàn)，能大大增加產(chǎn)業(yè)效率，并且將之前的一些想象變成可能。”
　　
    技術(shù)參數(shù)表明，這種石墨烯聚合材料電池性能卓越，儲(chǔ)電量是目前市場最好產(chǎn)品的三倍，用此電池提供電力的電動(dòng)車最多能行駛1000公里，而其充電時(shí)間不到8分鐘;使用壽命是傳統(tǒng)氫化電池的四倍，是鋰電池的兩倍;重量為傳統(tǒng)電池的一半，這樣可以提高裝載該電池的機(jī)器的效率;成本將比鋰電池低77%。
　
    石墨烯的發(fā)明者之一、諾獎(jiǎng)得主康斯坦丁·諾沃肖洛夫爵士去年收到一份來自中國的稀罕之物——全球首款石墨烯觸屏手機(jī)。“這是真的嗎?真是用石墨烯做的手機(jī)嘛?”收到禮物時(shí)，諾沃肖洛夫大為驚嘆。諾沃肖洛夫和其導(dǎo)師因研究二維材料石墨烯開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)而獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
　　
    目前，在英國劍橋大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的改善下，石墨烯屏幕的柔性更上一個(gè)臺(tái)階。
　　
    今年，劍橋大學(xué)石墨烯研究中心和英國公司PlasticLogic共同生產(chǎn)了一款可以完全彎曲折疊的顯示屏。它是一款有源矩陣電泳顯示屏，這種技術(shù)通過使用電場重新排列溶液上的懸浮粒子，顯示出圖像。這種顯示屏和如今的電子閱讀器顯示屏很相似，不過它沒有采用玻璃材質(zhì)，而是選用了軟塑料，當(dāng)然，這也是首次將石墨烯技術(shù)應(yīng)用在基于晶體管的電子設(shè)備上面。
　　
    這項(xiàng)研究最近得到了英國技術(shù)戰(zhàn)略委員會(huì)的支持，并作為旗下“石墨烯革命”項(xiàng)目的一部分。明年，這項(xiàng)技術(shù)有可能應(yīng)用在基于OLED的全彩柔性石墨烯顯示屏生產(chǎn)上。
　　
    一般顯示屏背板都是導(dǎo)電連接層，可以提供電力支持，重新排列懸浮顯示粒子。但這款顯示屏和傳統(tǒng)顯示屏也有很大不同，它的背板采用了經(jīng)乳濁液處理的石墨烯電極，而不是標(biāo)準(zhǔn)的濺鍍沉積金屬電極。換句話說，通過利用低溫處理，石墨烯是被“打印”在了背板底層基片上。PlasticLogic公司還開發(fā)了一種“有機(jī)薄膜晶體管技術(shù)”，可以在不到100攝氏度(華氏212度)的低溫下，制造出150PPI的顯示屏背板。之后，儲(chǔ)存電極將會(huì)按照規(guī)定的電路圖形開始進(jìn)行蝕刻，提供背板連接網(wǎng)絡(luò)。
　　
    在產(chǎn)業(yè)界，蘋果與三星在柔性屏領(lǐng)域競爭已經(jīng)到了白熱化狀態(tài)。
　　
    本月蘋果官方申請了一份關(guān)于柔性顯示屏的專利技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)可以使顯示屏通過變形提供觸覺反饋，同時(shí)支持按壓和觸控兩種模式。據(jù)了解，未來的AppleWatch很有可能采用這種支持力回饋的顯示屏幕。不光如此，蘋果的其他產(chǎn)品也很有可能采用柔性屏幕。
　　
    柔性顯示屏并非蘋果一家獨(dú)有，三星此前也在研制全面的柔性顯示屏并且已經(jīng)應(yīng)用于其智能手表GalaxyGear。但是這兩種柔性顯示屏在技術(shù)上是不一樣的。蘋果的柔性屏可以通過設(shè)置在屏幕下方的驅(qū)動(dòng)器創(chuàng)建隆起和凹陷，而三星的柔性屏幕則可以完成卷曲和折疊。
　　
    未來，隨著項(xiàng)目的進(jìn)一步深入開發(fā)，柔性屏將結(jié)合LCD和OLED技術(shù)，具備全彩色支持能力，并滿足視頻顯示的高速刷新率需要。這樣，此技術(shù)可應(yīng)用在更輕、更易擴(kuò)展的高密度傳感器上，比如高分辨率的醫(yī)療圖像系統(tǒng)，以及高精準(zhǔn)的手勢識(shí)別應(yīng)用程序。