专访│清华大学魏飞教授:“石墨烯真正能通过

日期:2018-12-14编辑作者:航空航天

  碳纳米管是由一层石墨层卷起来的直径只有几纳米的微管,也可由不同直径的微管同轴地套构在一起形成管束。按照层数来分类,可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管;石墨烯是从石墨材料中剥离出来或CVD生长出来的、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体,也分为单层石墨烯和石墨烯微片(多层结构)。

  从本质上看,碳纳米管和石墨烯都属于sp2杂化纳米碳材料,都是近三十年来国际学术界研究的热点,只不过碳原子的排列组合不同,形成螺旋状的碳纳米管和片状的石墨烯。尽管碳纳米管研究的时间比石墨烯要长、对其性质研究的深入程度比石墨烯更好,但为什么现在石墨烯看起来要比碳纳米管火爆得多呢?魏飞教授在采访中告诉我们,20来年前,碳纳米管的在学术界研究的热度并不比现在的石墨烯低,也产生了数百家小公司做产业化,但没有像石墨烯这样与太多的社会因素联系。现在大家感觉到石墨烯热度不仅限于科学研究方面,石墨烯在中国之所以热度这么高,是由于将石墨烯这类学术研究与股市、未来产业发展、大众创业、风险投资、地方政府科技发展等等太多非学术的因素关联起来了的“别的原因”。

  谈到“别的原因”时,魏飞教授在采访中特别指出了当下非常热门的石墨烯电池。此前已有专家论述过,由于一些电池材料导电不好,加入导电性好、电化学稳定性好的纳米碳材料成为提高性能的必然选择,石墨烯、碳纳米管及导电碳黑均可作为导电剂添加,这些材料的加入对电池容量的提高有限,可在一定程度上提高充放电倍率,魏飞教授认为,电池的名称的定义是有严格规范的,一般由率先产业化的企业来定义,如索尼公司定义了锂离子电池,不能因使用石墨烯作为导电添加剂就叫石墨烯电池。不能说学术文章在毫克级进行的充放电数据就混淆概念地说在电动车数百公斤的动力电池上也可达到数十C的快速充放电,这是在向不了解具体技术的大众炒石墨烯电池,但是这种行为既不属于产业行为,又不全是学术行为,看上去很热,实则是把学术和产业混淆在一起,做了极不健康的石墨烯非科学性宣传,看起来很是厉害,也很吸引人,但确起到了误导大众的作用。

  讲到碳纳米管在中国的产业现状时,魏飞教授直言,与石墨烯相比,碳纳米管虽然没有那么热,但是经过长时间的沉淀积累,很多人对碳纳米管的认知已经很清晰了,而且,从真正的应用角度来讲,碳纳米管在中国科学家及华人科学家的努力下的发展还是很不错的,实现了目前性能最好的晶体管与全碳计算机研究、还在最快速开关的X光管用于心脏CT,碳纳米管透明导电膜用于手机、锂离子电池导电剂等方面实现了产业化,仅其产业成长在国际上都是令人瞩目的,尽管在国内的声音并不多。据粉体网记者了解,全球领先的碳纳米管生产商天奈科技就是采用魏飞教授团队的流化床技术大批量地生产碳纳米管。

  碳纳米管在产业界的成长离不开基础的制备技术研究。今年5月14日在纳米领域国际顶级学术期刊《自然·纳米技术》上,魏飞教授团队等发表了《拉伸强度超过80GPa的碳纳米管管束》,在世界上首次报道了接近单根碳纳米管理论强度的超长碳纳米管管束,其拉伸强度超越了目前发现的所有其它纤维材料。

  a.碳纳米管管束示意图;b. 所用到的超长碳纳米管的结构;c. 利用气流聚焦法制备超长碳纳米管管束的示意图;d. 超长碳纳米管在聚焦气流下发生合并的模拟图;e-i. 所制备的具有确定组成的超长碳纳米管管束;j-k. 所制备的碳纳米管管束的力学性质;l. 超长碳纳米管管束与其他材料拉伸强度对比图

  在我们的采访临近结束时,魏飞教授特别谈了自己的感受,他觉得粉体网是更偏产业与实际应用的门户,应该发出自己的声音,说清楚产业现状到底是怎样的。以石墨烯与碳纳米管的产业现状为例,“中国的碳纳米管产业占全世界的绝大部分”,魏飞教授说,“我所知道的,由于石墨烯的应用研发时间短,石墨烯真正能通过技术赚钱的企业我还没看见;但碳纳米管我是能看见的。”

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