Hvorfor blev grafen en fidus i Kina?
Men selvom mulighederne for anvendelse af grafen bliver mere og mere lovende, er et andet helt andet udsagn også kategorisk: Grafen er en fidus i Kina.
I marts 2015 annoncerede Chongqing Institut for Grøn og Intelligent Teknologi ved det kinesiske videnskabsakademi lanceringen af en grafen-mobiltelefon kaldet"GALAX SETTLERα". Ifølge reklamen på det tidspunkt var dens lystransmission så høj som 97 %, mobiltelefonens opladningshastighed blev øget med 40 %, og batterilevetiden. Ved at forlænge med 50 % øges batteriets energitæthed også med 10 %. Fordi den er bundet til grafen, selvom denne telefon kun svarer til en tusind-yuan-konfiguration, kan prisen være så høj som 2.499 yuan.
Otte måneder senere, på trods af annonceringen af det første parti på 30.000 enheder af denne grafentelefon, er den ikke blevet solgt på markedet.
Men folk kan købe en række andre grafenprodukter. For eksempel har Shengquan Group, et børsnoteret selskab på New OTC Market, lanceret graphene sokker og undertøj på markedet. Ifølge virksomhedens omtale tilføjede de biomassegrafen"indre opvarmning" fiber til produktet, som er en helt ny intelligent multifunktionel kompositfiber, der"har evnen til at aktivere immunceller, beskytte mod ultraviolette stråler, forbedre mikrocirkulationen, antibakterielle og antibakterielle, varmeforøgende og solforøgende egenskaber, og det kan også deodorisere."
Ifølge virksomhedens omtale forkullede de plantestængler for at udvinde grafen ved at bruge grafens superledning som råmateriale til fremstilling af tøj. De planlægger også at lancere en smart bh, der måler subtile ændringer i kvinders brysttemperatur gennem en indbygget sensor for effektivt at forhindre tumorer og brystkræft. De planlægger også at anvende dem på militæruniformer. På nuværende tidspunkt er disse såkaldte grafenprodukter dyre, prisen for et par sokker. For mere end 50 yuan er prisen på et par undertøj tæt på 300 yuan, prisen på et grafenbælte er tæt på 600 yuan, og det varmegenererende tøj sælges for mere end 1700 yuan.
& quot;I de sidste par år, hvor nanomaterialer blev hypet, var der meget hype om konceptet'nano+' i Kina. Denne gang begrebet'grafen' er den samme. Mange grafenprodukter er svindel." National 863 projektleder, materialeforsker, Said Qi Lu, professor ved School of Chemistry and Molecular Engineering ved Peking University. På grund af dets bidrag til nye materialer og energi er Qilu også kendt som hovedgrundlæggeren af mit lands's lithium cobalt oxide og lithium manganat batteri katode materialer.
Ifølge reporteren's forståelse er grafen i øjeblikket opdelt i to typer: monoatomisk tyndfilmsgrafen og grafenpulver. Tilberedningen af førstnævnte bruger hovedsageligt kulstofholdige gasser som metan og acetylen som råmaterialer og syntetiseres ved kemisk dampaflejring, som ikke har noget at gøre med grafit eller halm.
Grafenpulver er fremstillet af naturlig grafit, oxideret med koncentreret syre og stærkt oxidationsmiddel, og derefter reduceret ved ekspansionsvarmebehandling. Med hensyn til grafen udvundet af halm, siges det, at 15 katte majskolber kan udvinde en katte grafen. Mange mennesker i branchen ser ud til at være uhørt.
Bortset fra de åbenlyse fup-grafen-trusser, er"grafenbatterier" og"grafen lithium batterier" som mange forskningsinstitutter og virksomheder er opsatte på at udvikle, bliver også beskyldt for at lyve.
På nuværende tidspunkt er praksis med grafenanvendelse i batteriområdet generelt at tilføje grafenmaterialer til de positive og negative elektroder på lithiumbatterier."Denne tilgang er åbenlyst vildledende." For nylig stillede Tsinghua Energy Internet-forsker Liu Guanwei spørgsmålstegn ved"grafenbatteriet" artikel på internettet.
I denne artikel med titlen"The Legendary"Graphene Battery" teknologi, er det en stor løgn?"I artiklen gav Liu Guanwei et klart billede fra begyndelsen:
Teknologien i"grafenbatteri" er tæt på ikke-eksisterende. Grafen kan kun øge ladnings- og afladningshastigheden i teorien, men det hjælper ikke til at øge kapaciteten (energien). Folk, der kommer til at blive skuffede), er betydningen af gimmicken langt større end den praktiske værdi.
Ifølge Liu Guanwei, ifølge den klassiske elektrokemiske nomenklatur, skal de lithium-ion-batterier, der bruges i almindelige smartphones, hedde"lithium-cobaltoxid-grafit-batterier." Det kaldes et"lithium-ion-batteri" fordi lithium-ion spiller en stor rolle i det."Strengt taget spiller grafen kun en hjælperolle i batteriet, så et batteri, der bruger grafen, kan ikke direkte kaldes et'grafenbatteri'."
Efter Liu Guanwei's opfattelse bruges kun grafen som et"ledende additiv" i lithium-batterier, der stort set er kommet på markedet nu. Men selv anvendelsen af & quot;tilsætningsstoffer" er blevet afhørt.
Grafen kan bruges som et ledende middel til at fremme hurtig opladning og afladning af lithiumbatterier. I teorien kan det forbedre hastighedsydelsen. Men hvis spredningsprocessen ikke er på plads, og blandingen er ujævn, er alt et slot på himlen. Derudover er der mange højkvalitets og billige materialer. Den dyre grafen skal bruges."
Reporteren bemærkede, at Liu Guanwei's synspunkter blev anerkendt af mange senioreksperter i branchen, herunder Zhang Yuanbo, Qilu, professor Lu Hongbin fra Institut for Polymervidenskab ved Fudan University og professor Yuan Guohui fra Instituttet i anvendt kemi fra School of Chemical Engineering ved Harbin Institute of Technology.
& quot;Hvem kan komme med dataene indtil nu? Er der nogen der har lavet sådan et batteri?" Qilu mener også, at"de positive og negative elektroder på lithiumbatterier begge er lagdelte strukturer, så under visse eksterne forhold danner det en migration fra den positive elektrode til den negative elektrode. Grafen er en enkeltlags carbonatomringstruktur, som bestemmes af dets egne kemiske og fysiske egenskaber og ikke vil danne et separat negativt elektrodemateriale til lithiumbatterier."
Mange mennesker spilder deres liv på dette?
Med hensyn til industrieksperters tvivl, som generalsekretæren for"China Graphene Industry Technology Innovation Strategic Alliance", sagde Li Yichun:"Selvom industrien er kontroversiel, videnskabelig og teknologisk innovation, alt kan ske. Nogle eksperter mener, at det er umuligt. Det'er nået, og nogle eksperter er for vilkårlige, men vi skal have et åbent sind."
Indtil nu er det umuligt at kende det sande ansigt af Qingdaos nyudviklede"verdensledende grafenlithiumbatteri". Huaweis svar er"der er forskning i grafen, men det vil ikke blive kommercialiseret så hurtigt." Som Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences leder af"Graphene Super Electric Vehicle Battery" team, Huang Fuqiang's forsvar er, at"alle vil drage forskellige konklusioner fra forskellige vinkler, men essensen er den samme."
Faktisk kan selv Andre Gaim, der vandt Nobelprisen i 2010 for sin opdagelse af grafen,'ikke forstå den nuværende vanvittige grafen i Kina. I slutningen af oktober 2015, da Gaim deltog i en grafenproduktudstilling afholdt i Qingdao, ignorerede han værtens ansigt og gjorde det klart, at "mange applikationsprodukter, herunder grafenbatterier, kan være mistænkt for hype i øjeblikket."
Den dag, hvor Gaim deltog i mødet, blev"2015 Global Graphene Industry Research Report" første gang udgivet af China Graphene Industry Technology Innovation Strategic Alliance blev også udgivet, hvilket viste, at Kina ikke kun rangerede først i verden i antallet af artikler offentliggjort om grafen i slutningen af 2012, og antallet af patenter er steget hurtigt i seneste tre år.
Gaim påpegede dog også i et interview med kinesiske medier, at halvdelen af forskningen på mange offentliggjorte grafenpapirer vil blive kasseret. På den anden side vil mange patenter, især dem, der er produceret af universiteter, hvoraf 90% ikke har nogen værdi, 99% af patenterne vil med tiden blive ugyldige, og vedligeholdelse af disse patenter vil også koste mange penge, og mange mennesker spilder deres lever for dette.
& quot;Selvom Kina rangerer først i verden med hensyn til antallet af publicerede grafenartikler, ved mange videnskabelige forskningsinstitutter ikke, hvad industrien ønsker, og problemet med afbrydelsen mellem videnskabelig forskning og anvendelse er fremtrædende." Kang Feiyu, dekan for Tsinghua University Shenzhen Graduate School og ekspert i kulstofmaterialer Offentligt udtalt.
Disse tvivl stopper ikke tempoet hos kinesiske grafenudøvere. Den 16. januar holdt Changzhou West Taihu Science and Technology Industrial Park en underskrivelsesceremoni for grafenprojekter, og 21 grafenprojekter bosatte sig i fællesskab i Changzhou. Liu Zhifeng, sekretær for partiarbejdsudvalget i Changzhou West Taihu Videnskab og Teknologi Industrial Park, sagde, at Changzhou's grafenindustri bevæger sig mod målet om at"skabe titusindvis af milliarder af specialindustrier ."
Der er mange grafen industriparker som Changzhou i Kina. Ifølge reporteren's forståelse er der blevet dannet store grafenindustriparker i Chongqing, Wuxi, Qingdao, Tangshan og andre steder. Og flere grafenindustriparker forventes at blomstre i 2016.
I Changzhou fortalte en insider i 2D Carbon Technology Co., Ltd. til journalister, at de blev etableret i Changzhou i 2011 og er vokset til en skala på 200 personer. I 2012 producerede de verdens's første kapacitive grafenberøringsskærm. I de sidste to år har de også brugt grafenfilms høje varmestrålingseffektivitet til at udvikle noget opvarmeligt tøj. Deres forsknings- og udviklingsretninger omfatter også kompositmaterialer af grafen, solceller og bærbare sensorer. Han indrømmede dog, at disse produkter faktisk ikke har meget med grafen at gøre.
Det er kapitalmarkedet, der smager sødmen tidligere end industriparker, videnskabelige forskningsinstitutter, universiteter og virksomheder. Relevante data viser, at i alt 60 børsnoterede virksomheder i Shanghai og Shenzhen har deres grafenforretning. I midten af august 2015 annoncerede Del Home Furnishings, beliggende i Jiangsu, sin investering i grafen superlithium-batterier og andre projekter. Efter at have udarbejdet planen for"forøgelse af den årlige omsætning med 2,8 milliarder yuan og den årlige nettofortjeneste med 450 millioner yuan", indhentede denne virksomhed" Aktiekursen for et selskab med konceptet"grafenbatteri" ser ud til at have været på en raket med en stigning på 158,4% på mere end to måneder.
Vejen til industriel kommercialisering er lang
& quot;I den indenlandske anvendelse af grafen er der faktisk ikke mange virksomheder, der rent faktisk laver grafen. Mange af dem er virksomheder, der plejede at lave kulstofmaterialer såsom grafit, eller endda helt uafhængige virksomheder, der bruger grafen-fanen, eller spekulerer i aktier eller kæmper for det. Nationale fonde, der er næsten ingen virksomheder, der virkelig laver grafen og virkelig kan tjene penge." sagde Zhu Hongwei, professor ved Micro-Nano Mechanics Center på School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University.
Efter Liu Guanwei's opfattelse er der ikke kun mange indenlandske grafen-svindel, men også en masse hype om udenlandske projekter. I sin artikel, hvor han satte spørgsmålstegn ved grafenbatterier, udtalte Liu Guanwei, at"det spanske Graphenano-selskab med grafenbatterier" kunne ikke finde nogen gyldig information om det var de tre tyske bilfirmaer, der hævdede at samarbejde, eller på Patentstyrelsens hjemmeside.
Så hvorfor er den længe ventede"konge af nye materialer" i sådan en akavet kontrovers?
Ifølge reporterens's forståelse er der tre grunde: På den ene side, uanset om det er indenlandsk eller udenlandsk, er der ingen teknisk fundet industriel syntesemetode til at opnå enkeltkrystalgrafen med stort areal. På den anden side er nedstrømsindustriens kæde af grafen endnu ikke dannet på markedet. Den største efterspørgsel efter grafen er kun de store videnskabelige forskningsinstitutter og laboratorier, og der er ikke sat nogen stor mængde grafen i industriel drift.
Allerede i 2010 producerede forskere fra Sungkyunkwan University i Sydkorea og Samsung Corporation en gennemsigtig og fleksibel skærm bestående af flerlagsgrafen og et polyesterpladesubstrat. På det tidspunkt foreslog Hong Bingxi, professor ved Sungkyunkwan University og den tilsvarende forfatter til papiret, at deres metode kunne bruges til at fremstille grafenbaserede solceller, berøringssensorer og fladskærme. Men han indrømmede også på det tidspunkt, at det var for tidligt for storstilet fremstilling og kommercialisering - fem år senere forblev Hong Bingxi's metode stadig i laboratorierne på Samsung og Sungkyunkwan University i Sydkorea.
Det sidste aspekt er omkostningerne ved fremstilling af grafen. På grund af manglende evne til at masseproducere, er omkostningerne ved grafenforberedelse forblevet høje, og de høje omkostninger har også hindret industrialiseringstempoet på downstream-markedet. Tidligere var prisen på grafen så høj som 5.000 yuan/gram, hvilket var flere gange dyrere end guld."Flasken med noget, der ikke er overraskende, er dyrere end guld. Et par gram grafenpulver er hundredtusindvis af yuan værd. Når vi flyver med flyet, bliver vi transporteret af flere personer af frygt for at blive konfiskeret ved sikkerhedskontrollen." De undersøgte startups plejede at beskrive det på denne måde.
I Canada etablerede Grafoid og National University of Singapore verdens største grafenforskningscenter (NUS), og lancerede en ny produktionsbase i Ontario i 2014. Denne 20.000 kvadratmeter store base producerer hovedsageligt grafenpulver. På det tidspunkt sagde den ansvarlige for virksomheden, at de kan masseproducere grafen af høj kvalitet til en lav pris. Men mere end et år senere er der ikke kommet nye nyheder fra denne base.
Derfor er det hovedsageligt tekniske problemer, der virkelig hindrer storstilet anvendelse af grafen. Blandt dem er udviklingen af konsistente og reproducerbare syntetiske metoder til lavpris, storskala og højkvalitets grafen den største vanskelighed.
En interessant ting, som folk er bekendt med, er, at Andre Gaim brugte scotch tape til at få grafen. Men hvad folk'ikke ved er, at grafen opnået ved denne metode har en lille størrelse, generelt mellem 10 mikron og 100 mikron, og har ulemperne ved lavt udbytte og høje omkostninger og ikke kan opfylde kravene i industrialisering og storproduktion.
Senere er grafitoxidreduktionsmetoden en af de mest almindeligt anvendte metoder til fremstilling af grafen. Denne metode opnår dog hovedsageligt grafenpulver, som har mange defekter og dårlige elektriske og mekaniske egenskaber. Koncentreret svovlsyre er nødvendig for at oxidere grafit, hvilket er et vanskeligt problem i industriel affaldsbehandling.
Siden da troede folk, at det ikke er nødvendigt at bruge grafit til at fremstille grafen, men kun skal forsøge at få kulstofatomer til at danne en tynd film. Kemisk dampaflejring (CVD) blev til. Denne metode indfører gasser såsom ethylen eller acetylen i et reaktionskammer for at nedbryde disse gasser ved høj temperatur. Efter afkøling aflejres carbonatomer på overfladen af substratet for at danne grafen. . Selvom CVD kan opfylde kravene til storskala og højkvalitets grafenproduktion i stor skala, er problemet, at på grund af dens høje omkostninger og komplekse proces, er anvendelsen af denne metode i grafenproduktion begrænset.
På grund af den enorme forskel i tilberedningsmetoder, er prisen på grafenpulver og CVD-film også forskellige tusindvis af gange. For eksempel koster 1 gram grafenpulver kun mindre end 10 yuan, mens 1 kvadratmeter grafenfilm koster ti til hundredvis af yuan, og dets vægt er faktisk mindre end 1 mg.
Der er en anden hovedmetode - opløsningsmiddelstripningsmetode. Da hele væskefase-eksfolieringsprocessen ikke introducerer nogen defekter på overfladen af grafen, giver den brede anvendelsesmuligheder for dens anvendelser inden for områderne mikroelektronik, multifunktionelle kompositmaterialer osv. Ulempen er også, at udbyttet er meget lavt.
Derfor er grafen, set ud fra et anvendelsessynspunkt, i øjeblikket på fortællestadiet i ind- og udland."Derudover er de nuværende industrielle standarder for størrelsen, ensartetheden og pålideligheden af grafen i forbrugerelektronik endnu ikke fastlagt, så den faktiske brug af grafen i forbrugerelektronik er endnu ikke blevet vist." Zhu Hongwei mener, at grafit På nuværende tidspunkt kan ene lave små enheder i laboratoriet, men masseproduktion og integrationskvalitet kan ikke garanteres."Der er i hvert fald intet håb endnu."
Faktisk har selv Gaim selv forbehold over for den nuværende kommercialisering af grafen. Gaim mener, at grafen er en primer, der har drevet udviklingen af et bredere udvalg af todimensionelle materialer. Men for grafen har det set fra fysikkens perspektiv nået en flaskehals, og medmindre der kommer et større gennembrud i fremtiden, er det svært at lave yderligere forbedringer.
Memorabilia af grafenudvikling
2004: Andrei Geim og Konstantin Novoselov opnåede grafen ved en simpel mekanisk stripningsmetode med tape. De to vandt Nobelprisen i fysik i 2010.
December 2009: Japans's Fujitsu Research Institute annoncerede sin succesrige brug af grafen til fremstilling af transistorer.
Februar 2010: IBM udviklede Graphene FET (Field Effect Transistor).
Juni 2010: Samsung og professor Sumio Iijima fra Sungkyunkwan University i Sydkorea brugte grafen til at lave fleksible gennemsigtige elektroder.
Januar 2012: Jiangnan Graphene Research Institute, 2D Carbon og andre virksomheder annoncerede, at de i fællesskab har udviklet verdens's første grafen kapacitive touchskærm til mobiltelefoner.
August 2012: Nokia afslørede, at dets R&D afdeling arbejder på grafen fotoelektriske sensorer.
September 2012: Sony annoncerede, at de har udviklet en rulle-til-rulle-proces til fremstilling af grafen.
Januar 2013: Chongqing Research of Chinese Academy of Sciences
Instituttet annoncerede, at det har udviklet den første 15-tommer enkeltlagsgrafen i Kina.
Maj 2013: Jiangsu Changzhou 2D Carbon Technology Co., Ltd. sagde, at verdens's største grafen-gennemsigtige ledende filmproduktionslinje blev officielt sat i drift med en årlig produktionskapacitet på 30.000 kvadratmeter.
November 2013: Changzhou Sixth Element Material Technology Co., Ltd. startede produktionen af 100 tons grafenoxid- og grafenpulverproduktionslinjer.
April 2014: Samsung annoncerede, at de har udviklet en teknologi til at danne enkeltkrystalgrafen på halvlederwafere.
Juli 2014: IBM annoncerede, at de ville investere 3 milliarder USD i udvikling af grafen i de næste fem år.
2015:"Made in China 2025" blev officielt udråbt af statsrådet, hvilket igen satte grafen på dagsordenen som en ny energikilde.
Relaterede links: Kongen af nye materialers fortid og nutid
Kulstof er et af de vigtigste elementer. Det har unikke egenskaber og er grundlaget for alt liv på jorden. Rent kulstof kan være hård diamant eller blød grafit.
Fordi dette materiale er lavet af grafit og indeholder det grundlæggende træk ved olefiner - dobbeltbindingen mellem kulstofatomer, kaldes det grafen. Faktisk findes grafen i naturen, men det er svært at pille en enkeltlagsstruktur af. Lag af grafen stables for at danne grafit, og 1 mm tyk grafit indeholder omkring 3 millioner lag grafen. Vedhæftningen mellem lagene er meget løs og let at glide, hvilket gør grafitten meget blød og nem at pille af. En let strøget blyant på papiret kan efterlade spor af flere lag grafen.
Forskere har udført teoretiske undersøgelser af grafenlignende strukturer i 1940'erne, men i lang tid siden da har bestræbelserne på at fremstille enkeltlagsgrafen været forgæves. Nogle mennesker tror, at et sådant todimensionelt materiale er umuligt ved stuetemperatur. Under stabil tilværelse. I oktober 2004 publiceredes et papir i den amerikanske"Science" magasinet væltede denne opfattelse. Andre Heim og Konstantin Novoselov, der arbejder ved University of Manchester i Storbritannien, afsluttede deres"magiske" med almindelig tape.
De brugte tape til at klæbe flagerne fra grafitten, som stadig indeholder mange lag grafen. Men efter at have klistret det gentagne gange i 10 til 20 gange, bliver flagerne tyndere og tyndere, hvilket til sidst producerer noget enkeltlags grafen. Denne tilsyneladende meget enkle og ikke højteknologiske metode er ikke deres første. Nogen prøvede før, men kunne ikke identificere enkeltlagsgrafen.
Heim og Novoselov lagde de skrællede tynde skiver på et siliciumoxidsubstrat. Lysets interferenseffekt får de tynde skiver til at fremstå farverige striber under mikroskopet, ligesom effekten af en oliefilm på vandoverfladen. Ved at bruge denne effekt observerede de enkeltlags grafen. På denne måde dukkede det første todimensionelle krystalmateriale officielt op. Senere forberedte folk nogle andre todimensionelle materialer, såsom todimensionelle krystaller af bornitrid og molybdændisulfid.
Grafen har en særlig betydning for fysikkens grundforskning. Det muliggør nogle kvanteeffekter, som kun kunne diskuteres på papir før, kan verificeres gennem eksperimenter, såsom elektroner, der ignorerer forhindringer og realiserer spøgelsesagtig krydsning. Men hvad der er mere interessant er dets mange"ekstrem" arten af ansøgningsmuligheder. Men hvilken slags forandringer dette todimensionelle kulstof vil bringe til den menneskelige verden, kan ikke forudsiges selv af de forskere, der har vundet Nobelprisen.
