較真：市場上打著「石墨烯」旗號的產品，哪些能信？哪些不能？

較真要點：

1、作為一種新材料，石墨烯具有卓越的力學、熱學、電學、光學等特性。

2、在石墨烯的應用場景方面，目前也開始出現了形形色色的產品。但由於技術成熟度及經濟性原因，現階段的成品材料性能與理論值還有較大差距。最為重要的是，目前為止業界還沒有找到非石墨烯不可的應用領域，用石墨烯研究專家劉忠范院士的話說就是缺乏「殺手鐧」的應用。基於此，筆者的建議是，對於價格適中、符合石墨烯性能特徵的產品，消費者是可以「嘗鮮」的，但是對於價格離譜、宣傳過火的產品，或許可以多一些觀察。

查證者：余和軍丨物理博士

最近較真闢謠小程序里，有許多讀者問到關於石墨烯的問題。比如手機石墨烯貼膜真的能為手機降溫嗎？石墨烯文胸有什麼功能？石墨烯是已經能夠推廣應用的技術嗎？

要想知道這些問題的答案，就要先了解什麼是石墨烯？

一、 作為一種新材料，石墨烯確實具有許多卓越的性質

石墨烯與大家耳熟能詳的石墨只有一字之差，它們的關係簡單說就是：石墨是一種層狀結構晶體，如果設法把其中一層剝離下來，就得到了石墨烯——一種二維納米材料。

天然的石墨來自石墨礦，這是一種從製造鉛筆到製造原子彈都用得上的碳材料，具有耐高溫、導電性和導熱性強、化學性能穩定等特點，這些特點與它的多層晶體結構、每一層內都是蜂窩狀的碳原子排列有關。

2004年，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·蓋姆（AndreGeim）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（KonstantinNovoselov），率先用微機械剝離法，成功從多層石墨晶體中剝離出一個單層，每一層的厚度僅0.34納米（相當於300萬層疊加起來才有1毫米厚），從而得到了一種只有一層原子厚度的二維晶體，稱為石墨烯。材料學家們進一步發現，這一層薄薄的納米材料具有十分優異的力學、熱學、電學、光學等特性。它的特性與普通石墨相比，有相當大的不同之處。

比如，力學方面，石墨烯是已知強度最高的材料之一，強度百倍於鋼，同時韌性好、可彎曲；熱學方面，石墨烯是目前已知導熱係數最高的碳材料，高於一維結構的碳納米管；電學方面，石墨烯是室溫下導電性最好的非金屬材料，電子遷移率可達硅材料的數十倍甚至上百倍；光學方面，石墨烯對很寬波長範圍的光吸收率低且恆定，對很多光幾乎是透明的。這一系列卓越的性質使得石墨烯具有十分廣闊的應用前景，被譽為「革命性」的材料、「新材料之王」。兩位率先製備出石墨烯的科學家也因此獲得了2010年諾貝爾物理學獎。

二、目前石墨烯推廣應用到哪一步了？中國的石墨烯產業剛剛起步

我們可以從技術和市場兩個方面探究。

從技術角度看，石墨烯技術包括加工製備技術和材料應用技術兩方面。根據文獻情報學者對1997年—2017年世界石墨烯專利申請情況的研究，中國專利總數居世界第一，大量的專利集中在石墨烯粉體材料、薄膜材料、氧化物及複合材料的製備方面，而在高端應用層面的專利相對較少，主要涉及電池、半導體、水處理等方面。專利是技術商業化的先導和重要途徑，也就是說，在產業化方面，目前集中在材料的生產，而材料的應用還相對不多。

從市場角度看，根據中國石墨烯產業技術創新聯盟統計，2017年中國石墨烯產業市場規模從2015年的6億元爆發到70億元。對此，一些業內專家估算，這個70億很可能是偏高的數據，比如石墨烯加入電纜或者汽車中，統計者可能將整個電纜或者汽車的價格都統計在內，真正的石墨烯用量只有一丁點。

由此可以看出，中國的石墨烯產業已經起步但也才剛剛起步，並且主要側重於石墨烯材料生產加工方面。據報道，像第六元素、二維碳素等石墨烯生產企業，已建成全球第一條年產100噸石墨烯粉體生產線、全球第一條年產3萬平方米石墨烯透明導電薄膜生產線。目前中國薄膜石墨烯產能接近百萬平米/年，粉體石墨烯產能達每年千噸左右（數據來自《高科技與產業化》2016年對劉忠范院士的訪談）。但是，中國企業生產出來的材料總體質量較差，如存在不同程度的結構缺陷和層數差異，只能做鋰離子電池或複合材料的添加劑等低端應用。同時，石墨烯性能隨著層數增加顯著下降，我國大部分企業的單層石墨烯產品良品率低，為此，中國石墨烯聯盟制定的國家標準《石墨烯材料的術語、定義及代號》認為10層以下都可以叫做石墨烯。在有關方面推動下，2017年，國際標準化組織採用了同樣的表述作為石墨烯及相關二維材料的定義。

三、對於價格離譜、宣傳過火的石墨烯產品，大家應該謹慎

在石墨烯的應用場景方面，目前也開始出現了形形色色的產品。比如，利用石墨烯的化學穩定性（不易反應），石墨烯可用於防腐塗料添加劑，像江蘇道蓬科技、中科院寧波材料所等研製出的石墨烯改性防腐塗料，已成功應用于海洋工程、石油化工等領域；利用石墨烯的高電子遷移率，全球最大的鋰離子電池負極材料供應商深圳貝特瑞公司已開始供應添加了石墨烯的鋰離子電池；利用石墨烯的高導熱性，常州富烯科技公司已經成為全球前列的手機用石墨烯散熱膜供應商。

總之，作為一種新材料的石墨烯已開始推廣應用，行業處於初期開發階段。正是由於處於產業化初期，國家標準和產品標準缺失，尚無標號區分各種石墨烯產品的品質和性能，市場亂象不可避免。同時，儘管石墨烯理論性能優異，但由於技術成熟度及經濟性原因，現階段的成品材料性能與理論值還有較大差距。最為重要的是，目前為止業界還沒有找到非石墨烯不可的應用領域，用石墨烯研究專家劉忠范院士的話說就是缺乏「殺手鐧」的應用。

基於此，筆者的建議是，對於價格適中、符合石墨烯性能特徵的產品，消費者是可以「嘗鮮」的，但是對於價格離譜、宣傳過火的產品，或許可以多一些觀察。

致謝：感謝香港中文大學許建斌教授的審讀和幫助。

本文編輯：marthaywang

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