石墨烯這種材料非常特殊,它的原子排列是二維的,這就導致了它的層數不同,表現出來的物理性能也完全不同。
按照物理學界的規則,把隻有一層原子排列的石墨烯稱為單層石墨烯、擁有兩層原子排列的稱為雙層石墨烯,十層以下的稱為少層石墨烯,十層以上的自然就是多層石墨烯。
多層石墨烯很多廠商都可以量產,但是用途也不是很大,石墨烯的層數越多,導電性越弱,十層以上幾乎沒有導電性,所以多層石墨烯的用途不是很大。
但是到了十層以下的少層石墨烯,到了這個程度,石墨烯的導電性和吸附性就會大大增強,成為半導體。
但是真正厲害的還是單層和雙層石墨烯,這兩種石墨烯才是未來的材料,但是目前隻能在實驗室的特殊環境下生產,而且價格貴的離譜。根據101novel.com16年《自然》雜誌的估計,在老美實驗室,1克石墨烯的製備成本高達615萬美元。但是就是這僅僅1克單晶石墨烯,卻可以鋪平300多平米的操場。單晶石墨烯是目前發現最可靠常溫超導材料。
石墨烯會根據層數的增加,導電性也會增加,十層以上基本上絕緣體。到了雙層和單層,根據石墨烯結構的變化,電阻會降到幾乎為零。
而夾在中間的少層石墨烯恰好處於半導體狀態,少層石墨烯是生產石墨烯鋰電池和碳基芯片的絕佳材料。
而這次王立誠教授的團隊搞出來的是少層石墨烯的量產方案。根據王立誠教授的介紹,這次之所以能夠找到少層石墨烯的製備方案,是因為奇跡投資的超算立下了大功。研究人員在使用窮舉法計算石墨烯作為鋰電池負極材料的可能性時,結果非常意外地計算出來了少層石墨烯製備方案中,碳化矽外延法實驗的可能數據。
而負責這項計算的研究員,又恰好算是王立誠剛剛招聘的計算材料學的實驗記錄員。這名研究員也許是剛剛入職,所以在記錄計算數據時,偶然間看到這組數據,於是回去後就立刻向自己的上級申請了實驗驗證,結果一下子就生產出了十層以下的少層石墨烯。
碳化矽外延法是通過在超高真空的高溫環境下,使矽原子升華脫離材料,剩下的碳原子通過自組形式重構,從而得到基於碳化矽襯底的石墨烯。這種方法可以獲得高質量的石墨烯,而且成本比使用其他方法製備的石墨烯在成本是具有更大的優勢。
介紹到這裡,王立誠教授奉承道“這還得多虧了李總不計成本地投入,多次為我們的實驗室增添新的設備,我們才能在這麼短的時間內,驗證超算的給出的計算結果。在此我代表實驗室全體人員,向李總表示感謝。謝謝李總!”
說著,王立誠教授鄭重地向李月祺鞠躬表示感謝,李月祺立刻扶住王教授道“王教授、王教授,你這麼做就顯得是太客氣了,大家都說一家人。再說了,您是長輩,這麼做不是折我的壽嗎?”
其實王立誠真的很感激李月祺,如果沒有他的入股,並且大力扶持,自己含辛茹苦大半生的心血可能就要付之東流,哪能像現在這樣,一邊教書,一邊繼續從事自己所喜歡的研究事業。
現在自己的團隊出了成果,少層石墨烯量產製備技術,是目前任何國家都急需的尖端科技,其背後的產業價值更加難以估量。
李月祺安撫了有些激動的王教授後,又問道“那我們實驗室目前最新技術能夠做到哪種程度?成本如何?”
王教授繼續介紹道“目前奇跡新能源實驗室的石墨烯製備技術最低可以達3層石墨烯,這是少層石墨烯的極限數值,再往下雙層和單層石墨烯量產技術,目前還沒有攻克。
由於雙層和單層石墨烯與少層石墨烯理論上已經不是一種東西,雙層石墨烯的物理性能更接近於金屬。而到了單層石墨烯,則基本就是傳說中常溫超導的概念,要攻克這兩隻種石墨烯還需要更大規模的投入。
至於成本嗎,這要看石墨烯的薄片麵積大小。其中粉末狀的成本最低,也最不值錢。但是如果能夠達到1平方米級彆的薄片,那每克的成本都在百萬元以上。但是如果是平方分米級彆的石墨烯,每克的成本隻需要幾百元。
而根據我們的計算,用於生產石墨烯電池的麵積,隻需要做到每塊10平方厘米大小,每克的成本隻需要十幾元。如果在流水線上量產的話,還可以繼續降低。”
說著,王立誠教授吩咐助手,拿過來一個電池狀的東西,遞給李月祺道“李總,這是我們使用實驗室製備三層石墨烯製造的石墨烯電池,使用鈷鎳錳鋰的粉末作為電池的正極,石墨作為電池的負極。使用石墨烯作為為基礎的微型超級電容器。
說白了,這就是一塊使用三層石墨烯作為吸附工具的三元鋰電池,但是根據我們的實驗,這塊4000毫安時的電池,在充電功率足夠的情況下,可以在1分鐘內將電池能充滿。”
這些不但李月祺驚呆了。和李月祺一起來到新能源實驗室的高管們也驚呆了,一分鐘充滿一塊電池?這已經不是黑科技了,這他喵的是外星科技吧?現在智能機的c和其他元器件的性能越來越強,屏幕也越來越大。結果就是手機耗電量越來越大,掉電速度越來越快。
以前2500毫安時能用一天的智能手機,現在4000毫安時都隻能堅持不到10個小時了。而與此同時呢,手機的充電功率雖然提升也很快,但即使配備快充的手機,也需要一兩個小時才能充滿。(101novel.com16年的數據)
如果在工作日出現那種一晚上忘了給手機充電的那種情況,那起碼也得難受一整天。
如果奇跡公司的三層石墨烯能夠量產,彆的應用先不說,光是電池快充一個方向的應用,其產生的經濟效益就高達千億以上。
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