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早前華為宣布，推出業(yè)界首個(gè)高溫長(zhǎng)壽命石墨烯鋰離子電池。一下子引發(fā)國(guó)人對(duì)石墨烯的廣泛關(guān)注。華為總裁任正非都表示，未來(lái)10-20年，石墨烯將引發(fā)一場(chǎng)技術(shù)革命，成為徹底改變21世紀(jì)的黑科技。對(duì)LED業(yè)來(lái)說(shuō)，這是要變天了嗎？
石墨烯，被稱(chēng)為新世紀(jì)的“材料之王”。它的問(wèn)世給工業(yè)界帶來(lái)了極大的震撼和沖擊。作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被科學(xué)家預(yù)言將“徹底改變21世紀(jì)”。它的應(yīng)用極有可能掀起一場(chǎng)席卷全球的顛覆性革命。
正是得益于它超強(qiáng)的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，石墨烯的出現(xiàn)也為L(zhǎng)ED產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的生機(jī)。通過(guò)神奇的石墨烯分子不僅可以大大增強(qiáng)LED燈具的性能和使用壽命，而且在價(jià)格上有希望比傳統(tǒng)LED更便宜。業(yè)內(nèi)人士預(yù)言，應(yīng)用石墨烯技術(shù)的LED產(chǎn)品即將為照明技術(shù)帶來(lái)又一次革新。
不過(guò)，也有不少科研人員指出，石墨烯作為一種新材料，要在LED領(lǐng)域得到大范圍的應(yīng)用，可謂“前景光明，道路曲折”。由于受制于石墨烯生產(chǎn)技術(shù)及高昂的成本，未來(lái)石墨烯+LED的道路可謂道阻且長(zhǎng)。
神奇的材料之王
石墨烯的發(fā)現(xiàn)者之一、2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主安德烈·海姆這樣描述：“石墨烯對(duì)很多人來(lái)說(shuō)就像愛(ài)麗絲仙境一樣，非常神奇。”
這種神奇物質(zhì)到底是什么？
石墨烯，實(shí)際就是從石墨材料中剝離出來(lái)、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。鉛筆芯用的石墨就相當(dāng)于無(wú)數(shù)層石墨烯疊在一起。
“它是迄今為止自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料，可以被無(wú)限拉伸，彎曲到很大程度而不斷裂，還可抵抗很大的壓力。”安德烈·海姆介紹。
此外，它還有著非同尋常的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。據(jù)悉，石墨烯是世界上最導(dǎo)電的材料之一，大約百分之一的石墨烯混添加到塑料中就可以將它們變成導(dǎo)體。重量也極輕，同樣厚度是鋼強(qiáng)度的200倍，卻可以以100萬(wàn)米/秒的速度傳輸電子。石墨烯既可以作為導(dǎo)體材料，又可以作為半導(dǎo)體材料。它是已知物體中室溫導(dǎo)電率最高的材料，比最好的導(dǎo)體金屬如金或銅高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
“石墨烯導(dǎo)電率高，化學(xué)結(jié)構(gòu)又十分穩(wěn)定，是一種用于移動(dòng)電池、電源很理想的電極材料�！敝袊�(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員成會(huì)明表示，石墨烯可以和電子元件、電子設(shè)備進(jìn)一步結(jié)合使用，以此提高其他儲(chǔ)電設(shè)備的儲(chǔ)電率。
據(jù)悉，石墨烯目前最有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來(lái)生產(chǎn)未來(lái)的超級(jí)計(jì)算機(jī)。用石墨烯取代硅，計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會(huì)快數(shù)百倍。
另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體分子（氦氣）也無(wú)法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽(yáng)能電池板。
顛覆LED照明行業(yè)
鑒于石墨烯材料優(yōu)異的導(dǎo)熱與導(dǎo)電能力和高透明穿透率性質(zhì)，LED業(yè)界開(kāi)始嘗試將石墨烯用于LED芯片與散熱領(lǐng)域。
2015年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的國(guó)家級(jí)石墨烯研究所研制出了全新的石墨烯燈泡，擁有比LED燈泡更堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)和更低廉的價(jià)格。據(jù)研究人士介紹，這種新型石墨烯燈泡仍基于LED技術(shù)研發(fā)，通過(guò)神奇的石墨烯分子大大增強(qiáng)其性能和使用壽命，而且在價(jià)格上有希望比傳統(tǒng)LED燈泡更便宜。這種創(chuàng)新技術(shù)的石墨烯燈泡為可調(diào)光燈泡，燈泡內(nèi)有燈絲形狀的LED燈，且LED燈外層會(huì)涂上石墨烯，石墨烯的導(dǎo)電能力強(qiáng)，可讓燈泡使用時(shí)間拉長(zhǎng)，并減少10%的能源消耗。
專(zhuān)業(yè)人士還認(rèn)為，對(duì)“硅”的替代將為L(zhǎng)ED芯片行業(yè)帶來(lái)一次顛覆性的改變。據(jù)麻省理工學(xué)院研究院發(fā)現(xiàn)，石墨烯技術(shù)可以使芯片的速率提升百萬(wàn)倍。若能成功商用，這對(duì)芯片行業(yè)而言無(wú)疑是一次新的革命。在過(guò)去的幾十年里，硅一直是制造芯片的原材料首選，而石墨烯的出現(xiàn)，未來(lái)或?qū)⒋婀璩蔀樾酒饕牧稀?/FONT>
另一方面，除了優(yōu)異的導(dǎo)熱導(dǎo)電能力以外，石墨烯還有望取代現(xiàn)有的稀土元素來(lái)制作白光LED。來(lái)自中國(guó)臺(tái)灣清華大學(xué)的研究人員，在一篇公開(kāi)發(fā)表的文章中聲稱(chēng)，使用了稀土元素以外的材料制作出了可以發(fā)白光的LED產(chǎn)品。據(jù)介紹，這個(gè)LED是以堿金屬鍶為基礎(chǔ)，搭建了金屬有機(jī)框架（MOF），在MOF的上下分別結(jié)合了石墨烯等材料，構(gòu)成了可以直接發(fā)出白光的LED。
當(dāng)前，隨著LED市場(chǎng)的逐漸成熟和競(jìng)爭(zhēng)的愈發(fā)激烈，如何降低成本，制造更高性能的產(chǎn)品已經(jīng)成為L(zhǎng)ED企業(yè)追逐的目標(biāo)。石墨烯與LED照明領(lǐng)域的結(jié)合應(yīng)用無(wú)疑將為L(zhǎng)ED產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了一個(gè)新的突破口。
2016年8月4日，山東晶泰星光電科技有限公司與英國(guó)石墨烯照明公司合并簽約儀式在山東大廈舉行。合并后的新公司將是全球首家將石墨烯技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用在LED照明領(lǐng)域的企業(yè)，將對(duì)LED照明行業(yè)的發(fā)展起到積極推動(dòng)作用。
技術(shù)與成本仍是軟肋
當(dāng)前，石墨烯已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)方面。在2016中國(guó)國(guó)際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)上，展覽了品類(lèi)繁多的石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品，如理療護(hù)腰、服裝、散熱器、充電寶、輪胎等。但目前對(duì)于石墨烯的應(yīng)用仍是改進(jìn)型產(chǎn)品，石墨烯的潛力和不可替代性并沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)，真正殺手級(jí)、具有顛覆性的產(chǎn)品仍未出現(xiàn)。
石墨烯應(yīng)用最大的阻力來(lái)自于材料生產(chǎn)。中科院院士、北京大學(xué)教授劉忠范說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)石墨烯商業(yè)化，需要生產(chǎn)出低成本、高品質(zhì)的石墨烯成品，但制出這種石墨烯并非易事。技術(shù)層面上還有很多挑戰(zhàn)，批量化或大尺寸生產(chǎn)都還沒(méi)能實(shí)現(xiàn)。
據(jù)了解，石墨烯本來(lái)就存在于自然界中，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。總體而言，一般業(yè)界認(rèn)為，超過(guò)10層便不具備石墨烯材料的優(yōu)異特性。如何讓石墨烯剝離得更�。咳绾伪Ｕ鲜┊a(chǎn)品純度，盡量減少其中游離的金屬、灰分及各種雜質(zhì)，仍是兩道技術(shù)難題。
石墨烯材料分為石墨烯粉體和石墨烯薄膜兩種，目前已形成了較為成熟的制備體系，總體品質(zhì)也在不斷上升。然而，制備兼具高質(zhì)量、低成本、過(guò)程綠色的石墨烯仍存在技術(shù)壁壘。
可以說(shuō)，目前已解決了石墨烯產(chǎn)量的問(wèn)題，但制備高質(zhì)量、品質(zhì)一致性、低成本的石墨烯，未來(lái)仍有大量的工作要做。
廣東德力光電有限公司副總經(jīng)理葉國(guó)光表示，石墨烯也許是一個(gè)非常好的導(dǎo)熱材料，但是以現(xiàn)在的技術(shù)與成本用在LED領(lǐng)域會(huì)非常浪費(fèi)，目前用在芯片的透明導(dǎo)電層上也很浪費(fèi)，除非有生產(chǎn)技術(shù)的突破，讓石墨烯鍍膜成本降低到跟ITO差不多，這樣也許因?yàn)樗膬?yōu)異特性取代目前的工藝也不無(wú)可能。同理用在LED散熱材料也是如此。我覺(jué)得LED芯片可能會(huì)比較快用上。
事實(shí)上，時(shí)至今日全球范圍內(nèi)還沒(méi)有一家企業(yè)實(shí)現(xiàn)真正石墨烯及其衍生品的產(chǎn)業(yè)化，國(guó)內(nèi)企業(yè)中除了兩家企業(yè)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于LED行業(yè)的石墨烯產(chǎn)品的小規(guī)模生產(chǎn)外，其余研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)均只能小批量生產(chǎn)，產(chǎn)品也主要用于研究機(jī)構(gòu)的研究。
當(dāng)前各類(lèi)石墨烯產(chǎn)品能否真正成為符合市場(chǎng)規(guī)律的商品，還需要時(shí)間的檢驗(yàn)。在具有良好性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)的前提下，在應(yīng)用產(chǎn)品的質(zhì)量管理、品質(zhì)控制、性能持久等方面都需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究。專(zhuān)業(yè)人士認(rèn)為，石墨烯的應(yīng)用開(kāi)發(fā)應(yīng)從上游到下游與從下游到上游同時(shí)進(jìn)行，從而更好地實(shí)現(xiàn)石墨烯材料與終端產(chǎn)品的無(wú)縫對(duì)接。
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