石墨烯或改變可穿戴設備格局

    鋰電世界    近來，老題材石墨烯不斷煥發“新生命”，作為21世紀最具應用前景的新材料之一，石墨烯的每項技術發明都給該題材注入了新的生命力。據相關媒體報道，美國科學家日前用石墨烯開發出一種只有指甲蓋大小的紅外線圖像傳感器，首次實現了在室溫下對全紅外光譜的觀測。業內人士表示，如果能夠將這種探測器集成到隱形眼鏡或其他可穿戴電子設備中，將有望為人們提供一種前所未有的、與環境進行交互的新方式，屆時極有可能改變目前的可穿戴設備格局。此外，據中科院金屬所的官方網站消息，石墨烯鋰硫電池研發也取得了重大突破。分析人士表示，近來石墨烯的發明創造頻頻與當前的熱門題材“沾邊”，這也是石墨烯概念股屢受青睞的主要原因。

    可穿戴設備正迎接石墨烯

    據相關媒體報道，美國科學家日前用石墨烯開發出一種只有指甲蓋大小的紅外線圖像傳感器。不同于目前常見的中紅外和遠紅外圖像傳感器，新技術無需笨重的冷卻裝置就能運行，首次實現了在室溫下對全紅外光譜的觀測。不僅如此，由于體積小、重量輕，它甚至能夠集成到隱形眼鏡或手機中，未來還有望在軍事、安保、醫學等多個領域獲得應用。上述發明的相關論文在線發表在《自然·納米技術》雜志網站上。

    據介紹，紅外線的波長在760納米至1毫米之間，是一種波長比紅光長的非可見光，分為近紅外線、中紅外線和遠紅外線三種。普通攝像機只需一個芯片就能拍攝到可見光，而紅外成像技術則需要同時看到近紅外、中紅外和遠紅外各種不同頻譜的圖像。更具挑戰性的是，中紅外和遠紅外傳感器通常必須在極低的溫度才能工作。

    這項由密歇根大學電氣工程和計算機學助理教授鐘朝暉（音譯）和同校的特德·諾里斯教授負責的研究將石墨烯作為原材料。眾所周知，石墨烯是一種由碳原子構成的單層結構，能夠探測到整個光譜的紅外線、可見光和紫外線。但由于石墨烯對光線的吸收能力較差（2.3%），不足以產生足夠的電信號，因而此前相關的研究一直止步不前。鐘朝暉教授表示，上一代石墨烯紅外線傳感器所面臨的最大問題就是靈敏度太差，無法滿足商用設備的需要。

    為了克服這一障礙，鐘朝暉和他的團隊對石墨烯產生電信號的過程進行了改進。據物理學家組織網報道，他們在兩個石墨烯薄片之間設置了一個絕緣隔離層，底層有電流通過。當光線照射到頂層石墨烯的時候，裝置會釋放電子，產生帶正電的空穴。而后在量子機制的作用下，電子穿過中間的絕緣層，到達底部的石墨烯層。此時留在上層石墨烯上的帶正電空穴會產生電場，并對下層石墨烯的電流產生影響。而通過測量電流的變化，就能推斷出照射在上層石墨烯上的光的亮度。

    上述研究人員稱，新方法讓中紅外和遠紅外傳感器的靈敏度達到了一個新的高度，完全能夠媲美需要冷卻裝置才能運行的傳統紅外線傳感器，而且該設備只有一個指甲蓋大小，很容易實現集成。如果能夠將這種探測器集成到隱形眼鏡或其他可穿戴電子設備當中，將有望為人們提供一種前所未有的、與環境進行交互的新方式。同時，該技術也為紅外線技術在軍事、安保、醫學等多個領域中的應用開辟了新的想象空間。

    車用石墨烯鋰硫電池取得重大突破

    近一年來，石墨烯的研究發明可謂層出不窮。稍早之前就有相關媒體報道，2013年12月18日《科學網》引用了中科院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室的成會明課題組論文報道，以《超快長循環壽命鋰硫電池：基于石墨烯的三明治結構》為題，介紹了高容量、長循環壽命、低成本及環境友好的新型石墨烯鋰硫（Li-S）電池開發，并取得重大突破。

    據介紹，新型石墨烯鋰硫電池理論比能量為2567Wh/Kg，而中科院金屬所采用石墨烯集電體的輕質特點，使其構成的鋰硫電池具有更高的能量密度。目前常用鋰電池能量密度約140Wh/Kg。也就是說，該電池的儲電能力達到目前鋰電池18倍以上，相當于將比亞迪E6電動汽車700KG電池，縮小約95%或35KG。

    根據早前的各方面消息，該電池的功率密度及充電時間均已解決，一次充電多在6分鐘以內，其循環次數及電池壽命高于目前鋰電池的百倍。大眾化車用動力電池即將投入使用階段，據測算，使用該電池之電動汽車的使用成本，約相當于燃油汽車的20%。

    據2014年2月17日中科院金屬所的最新消息，石墨烯鋰硫電池研發再次取得重大突破。這種超級電池“組裝方法與現有鋰離子電池工藝兼容，具有進一步放大和產業化前景”。與目前用在小汽車上電池比較，其重量下降90%以上，一次充電不超過10分鐘，巡航里程超過450公里，每公里成本下降4/5，電池壽命超過30年。該項研究以工業化生產的石墨烯為原料，通過連續工藝制備了石墨烯集流體和石墨烯復合隔膜，其組裝方法還與現有的鋰離子電池制造工藝可以兼容，因此具有進一步放大和產業化的前景，中科院金屬所已經申請了三項專利。

    石墨烯早就不是A股市場的新題材了，只不過層出不窮的技術發明令這一老題材不斷翻炒出新花樣。工信部此前發布的《新材料產業“十二五”發展規劃》就將石墨烯作為前沿新材料之一。不僅如此，國家科技重大專項、國家973計劃也持續圍繞石墨烯部署了一批重大項目。業內人士估計，石墨烯未來的市場規模或可達到萬億元以上。