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石墨烯:颠覆性震荡一波又一波

  • 来源:人民网
  • 阅读量:2172
  • 时间:2016-12-08 15:35:00

 

 

智能保健的“理疗师”

  在不久前举行的2016年中国国际石墨烯创新大会上,西班牙加泰罗尼亚纳米科学与技术研究所的史蒂芬·洛奇教授曾对科技日报记者说,他很喜欢身上穿的这件由中国制造的中式服装,虽轻薄但很暖和,因为衣服里面有个“小暖炉”。记者不禁好奇地查看“发热服”的玄妙,原来是后背衬里有片石墨烯发热膜在起关键作用。

  在日常可穿戴服饰或护具中嵌入石墨烯发热膜,具有智能理疗保健功效。如采用石墨烯发热技术的户外服、围巾、护腰及护腿等,内衬中的石墨烯加热膜可加热至20℃—60℃,能在3秒内迅速升温。这类“发热服”可通过控制器或手机端APP自由调节温度,USB接口循环充电。

  与传统发热理疗产品不同的是,采用石墨烯发热技术的理疗产品释放出的远红外波波长与人体波长相近,能与体内细胞的水分子产生最有效的“共振”,促进血液循环,强化各组织之间的新陈代谢,增强再生能力,提高机体的免疫能力,从而起到医疗保健作用。

  人体数据的“采集师”

  英国曼彻斯特大学研究人员认为,智能服装的“智能”主要体现在其包含的三类传感器上,即测心电和肌电的生物传感器、运动传感器以及温度传感器。而这些功能,石墨烯都可以实现。

  研究人员不断发现,石墨烯及石墨烯基复合材料传感器在不同的生物分子检测中有着不俗表现:石墨烯传感器能以高灵敏度检测蛋白质;石墨烯/金纳米复合材料作为葡萄糖生物传感器,可用于糖尿病、高血糖等疾病的葡萄糖定量检测;利用氧化石墨烯纳米片研制的传感器,可检测活体细菌内的三磷酸腺苷。

  那么,如何将石墨烯传感器携带于身,随时监测人体数据?目前,改性的石墨烯材料已经可以与纺织物结合形成一种新材质的布料,不仅具有柔软、可水洗、可弯曲的特点,还有超强的导电性能。基于这种石墨烯纺织物研发出的压力传感器,能根据文胸、鞋垫对身体的压力测量生理特征数据;还有心率传感器,可采集人体心率、血氧等数据。

  通过收集这些数据,不仅能掌握个人的健康状况,还能作为大数据分析,帮助企业了解消费者的行为习惯和消费需求,进行更精准的市场决策。由此,针对人体设计的石墨烯柔性传感器将承担起下一代提取人体大数据的重任。实际上,“石墨烯+健康”不同凡响的应用才刚刚开始。据外媒报道,英国工程和自然科学研究委员会资助的石墨烯医疗计划,未来将集中在癌症、糖尿病和老年痴呆症等方向的探索。让我们拭目以待——石墨烯带来惊喜连连。

不仅如此,石墨烯还在数字电路中展露锋芒。2014年,IBM测试世界上第一个多频石墨烯射频接收器和石墨烯整合电路,性能比上一代提升近万倍。今年12月,石墨烯旗舰计划的意大利合作伙伴CNR-ISOF研究表明,可以使用石墨烯生产完全柔性的近距离无线通讯技术(NFC)天线。

由此可见,石墨烯在撼动着一个个传统行业的标准,打开崭新而充满希望的应用领域。下一个会是谁?或许是散热材料、锂电池、超级电容……

震荡二:促制造业转型升级

20世纪90年代,发达国家纷纷以信息化带动制造业升级,以提高产业国际竞争力。随着被注入传统材料,以及制备工艺发展,石墨烯也为发展中国家制造业带来转型升级的机遇。

单层石墨烯具有独特的电子结构和电学、热学、力学性能,有望成为未来精密信息器件的理想材料。而在单层氧化石墨烯上直写、裁剪或制备出各种纳米图形和功能器件,被认为是石墨烯研究领域最具挑战性的课题之一。

因为这需要采用特殊的操控台,并具有精准工艺,即便实验室可以做到,要实现大规模制备,则需要批量纳米级精密设备,如用现有制造业基准下制备的操作仪器,就如同戴着拳击手套去拿小螺钉,会十分吃力且低效。这就需要大大升级制造业的精密等级。

石墨烯在复合材料领域可谓大显身手,需求量巨大。将石墨烯应用于复材可以提高材料的导电率和强度,同时具有灵活性。将石墨烯复材用于各种工程材料之中,可促进整体制造业的转型。

北美地区已促使许多石墨烯制造商和大学、研究机构合作,以扩大和满足石墨烯复材的需求,力求用石墨烯的发展带动美国制造业,使之成为当地经济增长的主要推动力。

有中国专家表示,石墨烯产品乃至整个产业的发展,符合中国当前工业发展的新趋势和供给侧结构性改革战略。石墨烯产品实现工业化量产,一定能推动中国制造业转型升级,由国际产业分工链条中的中低端迈向中高端。

震荡三:提升政策融合机制

目前,世界很多国家已将石墨烯定为一种战略性新兴材料,都想在石墨烯发展潮流中跻身前列,而从国家政策上助力产业发展将起到重要作用,这取决于政策机制的融通,以及灵活接纳新事物、新理念、新技术的更替能力。

从国际经验来看,加速提升政策融合机制主要应在以下几方面发力:首先,顶层设计国家级产业发展规划,尽早确定石墨烯产业技术路线和产业化路线,明确产业发展的阶段目标、重点任务、重大工程、资金来源及政策措施等。

其次,打造健全的上中下游链条,促进产业发展。石墨烯产业最大瓶颈在于没有形成完整成熟的产业链,研发制备企业和下游应用企业脱节,市场需求尚未全面打开。因此,在机制上要确定合理的组织框架,推动材料、设备、工艺和应用并行发展,协调整个链条发展。

第三,统筹国家层面的资金用在“刀刃”(重点项目)上,而不是撒胡椒面,什么都投,正如欧盟石墨烯旗舰计划,先后将上千亿专款投到导电油墨、薄膜技术、压力传感器等最具潜力的技术研发上。

有“石墨烯之父”之称的安德烈·海姆近期指出,在学术研究和产业化之间有很大的空缺,政府可在其中“造桥”,空隙过大时,桥就要足够长。政府投入资金建起中间的立柱支撑起一座桥,桥的一端是学术研究,彼岸则是真正的石墨烯产业化。