石墨烯的時代,還沒有到來
問題之一:電學性能。
石墨烯一個有前景的方向是顯示設備——觸屏,電子紙,等等。但是目前而言石墨烯和金屬電極的接觸點電阻很難對付。諾沃肖洛夫估計這個問題能在十年之內(nèi)解決。
但是為啥我們不能干脆拋棄金屬,全用石墨烯呢?這就是它在電子產(chǎn)品領域里最致命的問題?,F(xiàn)代電子產(chǎn)品全部是建筑在半導體晶體管之上,而它有一個關鍵屬性稱為“帶隙”:電子導電能帶和非導電能帶之間的區(qū)間。正因為有了這個區(qū)間,電流的流動才能有非對稱性,電路才能有開和關兩種狀態(tài)——可是,石墨烯的導電性能實在太好了,它沒有這個帶隙,只能開不能關。只有電線沒有邏輯電路是毫無用途的。所以要想靠石墨烯創(chuàng)造未來電子產(chǎn)品,取代硅基的晶體管,我們必須人工植入一個帶隙——但是簡單植入又會使石墨烯喪失它的獨特屬性。目前針對這個領域的研究的確不少:多層復合材料,添加其他元素,改變結構等等;但是諾沃肖洛夫等人認為這個問題要真正解決,還要至少十年。
問題之二:環(huán)境風險。
石墨烯產(chǎn)業(yè)還有一個意想不到的麻煩:污染。石墨烯產(chǎn)業(yè)目前最成熟的產(chǎn)品之一可能是所謂“氧化石墨烯納米顆粒”,它很便宜,雖不能用來做電池、可彎折觸屏等高端領域,作為電子紙等用途倒是相當不錯;可是這東西對人體很可能是有毒的。有毒不要緊,只要它老老實實呆在電子產(chǎn)品里,那就沒有任何問題;可是前不久研究者剛發(fā)現(xiàn)它在地表水里非常穩(wěn)定、極易擴散。雖然現(xiàn)在對它的環(huán)境影響下斷言還為時太早,但這的確是個潛在問題。
所以,石墨烯的命運究竟如何?
鑒于過去幾個月里學界并無新的突破性進展,近日它的這波突發(fā)性“火熱”,恐怕本質(zhì)上還是資本運行的炒作結果,應審慎對待。作為工業(yè)技術,石墨烯看起來還有許多未能克服的困難。諾沃肖洛夫指出,目前石墨烯的應用還是受限于材料生產(chǎn),所以那些使用最低級最廉價石墨烯的產(chǎn)品(譬如氧化石墨烯納米顆粒),會最先面世,可能只需幾年;但是那些依賴于高純度石墨烯的產(chǎn)品可能還要數(shù)十年才能開發(fā)出來。對于它能否取代現(xiàn)有的產(chǎn)品線,諾沃肖洛夫依然心存疑慮。
另一方面,如果商業(yè)領域過度夸大其神奇之處,可能會導致石墨烯產(chǎn)業(yè)變成泡沫;一旦破裂,那么也許技術和工業(yè)的進展也無法拯救它。科學作者菲利普·巴爾曾經(jīng)在《衛(wèi)報》上撰文《不要期望石墨烯帶來奇跡》,指出所有的材料都有其適用范圍:鋼堅硬而沉重,木頭輕便但易腐,就算看似“萬能”的塑料其實也是種種大相徑庭的高分子各顯神通。石墨烯一定會發(fā)揮巨大的作用,但是沒有理由認為它能成為奇跡材料、改變整個世界?;蛘撸弥Z沃肖洛夫自己的話說:“石墨烯的真正潛能只有在全新的應用領域里才能充分展現(xiàn):那些設計時就充分考慮了這一材料特性的產(chǎn)品,而不是用來替代現(xiàn)有產(chǎn)品里的其他材料?!?至于眼下的可打印、可折疊電子產(chǎn)品,可折疊太陽能電池,和超級電容器等等新領域能否發(fā)揮它的潛能,就讓我們平心靜氣拭目以待吧。