飛象網(wǎng)訊（魏德齡/文）“石墨烯”一詞從去年開始越來越多的出現(xiàn)在不少智能手機(jī)的產(chǎn)品曝光信息中，從目前的消息來看，石墨烯電池將有望今年在手機(jī)中得以應(yīng)用，未來還將在折疊手機(jī)、透明顯示屏上得以應(yīng)用。不過，石墨烯材料對(duì)于很多人來說還是一個(gè)名字熟悉，概念陌生的事物，想要了解石墨烯，還要先從初中課本中的同素異形體說起。
揭膠條揭出來的石墨烯
中學(xué)的化學(xué)課程中，每個(gè)學(xué)生都學(xué)過關(guān)于同素異形體的課程，對(duì)于碳元素來說，由于排列結(jié)構(gòu)的不同，而形成完全不同性質(zhì)的物體。比如，經(jīng)常出現(xiàn)的一道考題便是，讓學(xué)生在選項(xiàng)中多選同素異形體，其中自然有碳14、鉛筆尖、鉆石，三者均由碳元素組成，只不過由于排列結(jié)構(gòu)不同，所以產(chǎn)生完全不同的物理特性。
例如金剛石的結(jié)構(gòu)為等軸晶系四面六面體立方體與六方晶系鉆石，碳原子按四面體成鍵方式互相連接，組成無限的三維骨架，是典型的原子晶體，從而也形成了穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)，間接使金剛石獲得了硬度大，熔點(diǎn)極高，不導(dǎo)電的特性。
再來看石墨的結(jié)構(gòu)，每個(gè)碳原子的周邊連結(jié)著另外三個(gè)碳原子一個(gè)平面，同時(shí)每個(gè)平面一層一層的相互平行鏈接，同時(shí)也讓石墨具備了柔軟、導(dǎo)電導(dǎo)熱、可塑性強(qiáng)的特點(diǎn)。
顯然，如果能讓石墨變得更加結(jié)實(shí)牢固穩(wěn)定，在各種應(yīng)用中可以有著更大的發(fā)揮空間，但通過同素異形體的邏輯，石墨的碳原子結(jié)構(gòu)也需要做出改變。在2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫用膠帶粘在石墨上，然后撕下來，發(fā)現(xiàn)膠帶上粘上了一層薄薄的石墨片，使用此方法反復(fù)，最終粘出了一個(gè)單層的石墨，即僅有一層原子，人類首次成功在石墨中剝離出了石墨烯，兩位教授也因此獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
從結(jié)構(gòu)上看，石墨烯就是將原本擁有多個(gè)平面結(jié)構(gòu)的石墨，變?yōu)榱藘H剩一層平面結(jié)構(gòu)，由于厚度僅為一個(gè)原子，也讓石墨烯可以稱之是在這個(gè)三維世界中的一個(gè)二維材料，所以也為稱為“二維碳材料”。這樣的結(jié)構(gòu)讓石墨烯具備了超強(qiáng)的物理特性，首先它是目前已知強(qiáng)度最高的材料，由于是二維材料，也完全不受彎折的影響，具有很好的韌性，在較寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸收率約為2.3%，看上去幾乎是透明的。同時(shí)，還有不錯(cuò)的導(dǎo)電性及很好的熱傳導(dǎo)性。
未來手機(jī)上的黑科技
基于石墨烯的物理特性，也讓這種材料被不少手機(jī)廠商視為未來科技領(lǐng)域的重要材料。
由于石墨烯本身看上去幾乎是透明的，所以這種材料還被看做未來實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品透明可折疊的關(guān)鍵所在，目前科學(xué)家已經(jīng)具備制造出導(dǎo)電性能優(yōu)良和透光率達(dá)到97.4%的柔性石墨烯材料，用作觸摸屏透明導(dǎo)電電極，完全可以替代導(dǎo)電玻璃，并且性能也完全優(yōu)于原有的氧化銦錫材料，同時(shí)由于材料本身的高韌性，還能免遭碎屏的煩惱。三星、LG在近年來一直在進(jìn)行石墨烯顯示技術(shù)的研發(fā)。另在2017年7月，國內(nèi)奧翼電子公司宣稱率先將石墨烯用于顯示技術(shù)，研制出了全球首款“石墨烯電子顯示屏”。這家公司在2016年還宣布成功研發(fā)出全球首款石墨烯電子紙。
2016年，重慶高交會(huì)中科院展區(qū)還展示出了一款可以彎曲的石墨烯柔性屏手機(jī)，屏幕有5.2英寸大，重量只有200多克，可以彎曲成一個(gè)圓環(huán)，像手表一樣戴在手腕上。 該產(chǎn)品中的手機(jī)屏幕采用石墨烯材料，因而可以彎曲，不能彎曲的電池等元器件放在兩端。
早在2014年，華為任正非便在接受采訪時(shí)表示，這個(gè)時(shí)代將來最大的顛覆，是石墨烯時(shí)代顛覆硅時(shí)代，但是顛覆需要有繼承性發(fā)展，在硅時(shí)代的成功佼佼者最有希望成為石墨烯時(shí)代中的佼佼者。2015年10月，華為還宣布與曼徹斯特大學(xué)合作研究石墨烯應(yīng)用，通過上文可以了解到合作方正是最早發(fā)現(xiàn)石墨烯的機(jī)構(gòu)。當(dāng)時(shí)曼徹斯特大學(xué)國家石墨烯研究所總監(jiān)詹姆士•貝克表示：“通過與華為這樣的全球領(lǐng)先科技企業(yè)合作，我們有望將石墨烯的研究成果應(yīng)用于日常用品。這種合作伙伴關(guān)系將極大地促進(jìn)英國商業(yè)的發(fā)展并吸引外資。我們很期待與華為合作開發(fā)消費(fèi)電子產(chǎn)品和移動(dòng)通信設(shè)備的新材料�！睆�2018年開始，便開始陸續(xù)傳出華為將會(huì)在手機(jī)中使用石墨烯電池的消息。
盡管目前華為還沒有在產(chǎn)品上得以應(yīng)用石墨烯，但在去年發(fā)布的華為Mate 20 X則在全球率先應(yīng)用了石墨烯散熱。在Mate 20 X中，主要采用了VC液冷+石墨烯膜散熱的組合，其中將石墨烯替換傳統(tǒng)的石墨作為散熱材料，從而可以更快的將手機(jī)產(chǎn)生的熱量向外傳導(dǎo)。華為當(dāng)時(shí)表示稱，該公司使用十幾噸石墨烯原材料，試驗(yàn)了一年多的世界，才實(shí)現(xiàn)納米材料均勻涂布，燒出高導(dǎo)熱的石墨烯膜。
無獨(dú)有偶，三星在2017年開始便申請(qǐng)了大量石墨烯有關(guān)的專利，在當(dāng)年年底宣布在在石墨烯電池領(lǐng)域取得了新的突破，報(bào)道稱該方案比鋰電池電荷高了45%，充電速度可達(dá)目前鋰電池的5倍，手機(jī)可以在12分鐘內(nèi)完成充電,而且具有超強(qiáng)的蓄電能力。據(jù)悉，三星將有望2019年年底的手機(jī)上采用石墨烯電池。
另有消息稱，蘋果也準(zhǔn)備未來的5G版iPhone中采用石墨烯電池，來應(yīng)對(duì)5G所增加的射頻天線模組在功耗上對(duì)于手機(jī)的影響。畢竟從已經(jīng)發(fā)布的5G產(chǎn)品來看，終端廠商們普遍為其內(nèi)置了更大容量的電池，機(jī)身的厚度、重量相較其他版本都有所增加。對(duì)于在電池容量上一直“節(jié)儉”，以軟硬件優(yōu)化為主的蘋果來說，肯定不想以單純?cè)黾与姵厝萘縼斫鉀Q問題。
