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杨再舜/撰 2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在。石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，将会产生新一轮的工业科技领域引发一轮革命。为此，安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫也因此共同获得2010年世界诺贝尔物理学奖。 据查阅相关科技资料文献：石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的/，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。石墨烯只有一个碳原子厚度的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，虽然石墨烯仅有一个原子的厚度，它既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它具有非常好的导热性、电导性、透光性，而且具有高强度、超轻薄、超大比表面积等特性，又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料。 石墨烯广泛应用于锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示触摸屏、透明电极等方面。尤其是在汽车燃料电池等领域，石墨烯还有望带来革命性进步。 汽车中的燃料电池使用氧和氢作为燃料，转变输入的化学能量成为电流。但是一个重要问题是现有质子薄膜上存在燃料泄漏，从而降低电池有效性，通过使用石墨烯可以克服这些问题。石墨烯具有非同寻常的导电性能，其超级电池的成功研发，彻底解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题，极大加速了新能源电池产业的发展，这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道路。 研究成果表明，石墨烯聚合材料电池，其储电量是目前市场最好产品的三倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到10分钟，比加油时间还要快。韩国科学家最新发明的石墨烯超级电容，可存储与传统电池等量的电量，但充电时间只需16秒。 由于新材料石墨烯产业化成本远低于预期，加上所用锂及其它材料也将大大减少，因而车用电池成本极其低廉，车重也大大减轻，车价自然随之下降。此外，与普通家用新能源轿车相比，这款新型电池的重量不足传统充电电池的一半，充电时间上，10分钟充电至最大容量的80%，30分钟即可充至最大容量，正常使用充电次数可达3000次以上，数倍于现在各种设备中的充电电池寿命，且续航里程最高可达350—400公里。而且与其他电池相比，石墨烯的特性决定了其电池的重量仅为传统电池的一半，使得装载该电池的汽车更加轻量化，进而提高汽车燃油效率，并具有能量转化效率高、无环境污染。 众所周知，在汽车燃料电池等领域，电池存储量和充电时长已经成为影响电动汽车发展的重要因素，石墨烯聚合材料超级电池的使用寿命较长，是传统氢化电池的四倍，锂电池的两倍。且因石墨烯可能大幅度增加电池的容量，其能量密度超过600wh/kg，是目前动力锂电池的5倍；使用寿命是目前锂电池两倍；其成本将比目前锂电池降低80%，重量也仅为传统电池的一半。石墨烯聚合材料超级电池将会彻底改变现有的充电问题，续航里程成倍增长，长途出行的里程焦虑可能彻底打破，属于电动汽车的时代将真正来临，带来革命性进步。 淘汰燃油汽车也将从马年开始，人类将步入真正意义上的环保汽车新时代，将引领电动汽车的绿色革命。页岩油、页岩气以及新能源汽车技术的进步，终结了石油的“白银”时代。人类认知新“黑科技”就是石墨烯材料特性技术，现已横空出世，并有望为燃料电池和氢相关技术领域带来革命性的进步。石油这种“黑金子”将被石墨烯这种新的“黑金子”所取代。与此同时，石油国家的政治地位和收入将急剧下降，，那些源自石油的权力、财富、荣光和傲慢，将逐步变得斑驳陆离，最终成为梦幻泡影，在国际地缘政治中的地位，将变得无足轻重。“黑金”——石墨烯将“彻底改变21世纪”，将会掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。 目前，全球石墨烯产业综合发展实力排名前四位的国家分别是美国、日本、中国和韩国。中国石墨烯制造处于世界领先地位，全球第一条和第二条真正实现规模化、低成本、高品质的石墨烯生产线就在中国。此外，石墨烯并入选“十三五”新材料规划已经基本落定。 |
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