中國(guó)粉體網(wǎng)訊 目前，關(guān)于碳納米管的研究，無(wú)論在制備技術(shù)、性能表征及應(yīng)用探索等方面都已經(jīng)達(dá)到了一定的深度和廣度。組成及結(jié)構(gòu)上的緊密聯(lián)系，使石墨烯與碳納米管在研究方法上具有許多相通之處。近日，在“第二屆能源顆粒材料制備及應(yīng)用技術(shù)高峰論壇”上，就這二者的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀問(wèn)題，中國(guó)粉體網(wǎng)記者采訪(fǎng)了清華大學(xué)的魏飛教授。
©️Gao Xizhen / Cnpowder.com.cn
魏飛教授
石墨烯與碳納米管：一樣的前生，不一樣的今世
碳納米管是由一層石墨層卷起來(lái)的直徑只有幾納米的微管，也可由不同直徑的微管同軸地套構(gòu)在一起形成管束。按照層數(shù)來(lái)分類(lèi)，可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管；石墨烯是從石墨材料中剝離出來(lái)或CVD生長(zhǎng)出來(lái)的、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，也分為單層石墨烯和石墨烯微片（多層結(jié)構(gòu)）。
從本質(zhì)上看，碳納米管和石墨烯都屬于sp2雜化納米碳材料，都是近三十年來(lái)國(guó)際學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)，只不過(guò)碳原子的排列組合不同，形成螺旋狀的碳納米管和片狀的石墨烯。盡管碳納米管研究的時(shí)間比石墨烯要長(zhǎng)、對(duì)其性質(zhì)研究的深入程度比石墨烯更好，但為什么現(xiàn)在石墨烯看起來(lái)要比碳納米管火爆得多呢？魏飛教授在采訪(fǎng)中告訴我們，20來(lái)年前，碳納米管的在學(xué)術(shù)界研究的熱度并不比現(xiàn)在的石墨烯低，也產(chǎn)生了數(shù)百家小公司做產(chǎn)業(yè)化，但沒(méi)有象石墨烯這樣與太多的社會(huì)因素聯(lián)系。現(xiàn)在大家感覺(jué)到石墨烯熱度不僅限于科學(xué)研究方面，石墨烯在中國(guó)之所以熱度這么高，是由于將石墨烯這類(lèi)學(xué)術(shù)研究與股市、未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、大眾創(chuàng)業(yè)、風(fēng)險(xiǎn)投資、地方政府科技發(fā)展等等太多非學(xué)術(shù)的因素關(guān)聯(lián)起來(lái)了的“別的原因”。
石墨烯電池：反映了不健康的一面
談到“別的原因”時(shí)，魏飛教授在采訪(fǎng)中特別指出了當(dāng)下非常熱門(mén)的石墨烯電池。此前已有專(zhuān)家論述過(guò)，由于一些電池材料導(dǎo)電不好，加入導(dǎo)電性好、電化學(xué)穩(wěn)定性好的納米碳材料成為提高性能的必然選擇，石墨烯、碳納米管及導(dǎo)電碳黑均可作為導(dǎo)電劑添加，這些材料的加入對(duì)電池容量的提高有限，可在一定程度上提高充放電倍率，魏飛教授認(rèn)為，電池的名稱(chēng)的定義是有嚴(yán)格規(guī)范的，一般由率先產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)來(lái)定義，如索尼公司定義了鋰離子電池，不能因使用石墨烯作為導(dǎo)電添加劑就叫石墨烯電池。不能說(shuō)學(xué)術(shù)文章在毫克級(jí)進(jìn)行的充放電數(shù)據(jù)就混淆概念地說(shuō)在電動(dòng)車(chē)數(shù)百公斤的動(dòng)力電池上也可達(dá)到數(shù)十C的快速充放電，這是在向不了解具體技術(shù)的大眾炒石墨烯電池，但是這種行為既不屬于產(chǎn)業(yè)行為，又不全是學(xué)術(shù)行為，看上去很熱，實(shí)則是把學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)混淆在一起，做了極不健康的石墨烯非科學(xué)性宣傳，看起來(lái)很是厲害，也很吸引人，但確起到了誤導(dǎo)大眾的作用。
石墨烯電池
中國(guó)碳納米管產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)在國(guó)際上令人矚目
講到碳納米管在中國(guó)的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀時(shí)，魏飛教授直言，與石墨烯相比，碳納米管雖然沒(méi)有那么熱，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的沉淀積累，很多人對(duì)碳納米管的認(rèn)知已經(jīng)很清晰了，而且，從真正的應(yīng)用角度來(lái)講，碳納米管在中國(guó)科學(xué)家及華人科學(xué)家的努力下的發(fā)展還是很不錯(cuò)的，實(shí)現(xiàn)了目前性能最好的晶體管與全碳計(jì)算機(jī)研究、還在最快速開(kāi)關(guān)的X光管用于心臟CT，碳納米管透明導(dǎo)電膜用于手機(jī)、鋰離子電池導(dǎo)電劑等方面實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，僅其產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)在國(guó)際上都是令人矚目的，盡管在國(guó)內(nèi)的聲音并不多。據(jù)粉體網(wǎng)記者了解，全球領(lǐng)先的碳納米管生產(chǎn)商天奈科技就是采用魏飛教授團(tuán)隊(duì)的流化床技術(shù)大批量地生產(chǎn)碳納米管。
碳納米管在產(chǎn)業(yè)界的成長(zhǎng)離不開(kāi)基礎(chǔ)的制備技術(shù)研究。今年5月14日在納米領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然·納米技術(shù)》上，魏飛教授團(tuán)隊(duì)等發(fā)表了《拉伸強(qiáng)度超過(guò)80GPa的碳納米管管束》，在世界上首次報(bào)道了接近單根碳納米管理論強(qiáng)度的超長(zhǎng)碳納米管管束，其拉伸強(qiáng)度超越了目前發(fā)現(xiàn)的所有其它纖維材料。
a.碳納米管管束示意圖；b. 所用到的超長(zhǎng)碳納米管的結(jié)構(gòu)；c. 利用氣流聚焦法制備超長(zhǎng)碳納米管管束的示意圖；d. 超長(zhǎng)碳納米管在聚焦氣流下發(fā)生合并的模擬圖；e-i. 所制備的具有確定組成的超長(zhǎng)碳納米管管束；j-k. 所制備的碳納米管管束的力學(xué)性質(zhì)；l. 超長(zhǎng)碳納米管管束與其他材料拉伸強(qiáng)度對(duì)比圖
建言粉體網(wǎng)：向大家說(shuō)清楚產(chǎn)業(yè)的真實(shí)現(xiàn)狀
在我們的采訪(fǎng)臨近結(jié)束時(shí)，魏飛教授特別談了自己的感受，他覺(jué)得粉體網(wǎng)是更偏產(chǎn)業(yè)與實(shí)際應(yīng)用的門(mén)戶(hù)，應(yīng)該發(fā)出自己的聲音，說(shuō)清楚產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀到底是怎樣的。以石墨烯與碳納米管的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀為例，“中國(guó)的碳納米管產(chǎn)業(yè)占全世界的絕大部分”，魏飛教授說(shuō)，“我所知道的，由于石墨烯的應(yīng)用研發(fā)時(shí)間短，石墨烯真正能通過(guò)技術(shù)賺錢(qián)的企業(yè)我還沒(méi)看見(jiàn)；但碳納米管我是能看見(jiàn)的�！�
