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总是被收智商税,石墨烯板块爆发还要等多久?

2021-2-4 22:53| 发布者: 花猫小说| 查看: 156| 评论: 0|原作者: 北风|来自: 北风雪林| 字数 5,858

摘要: 我在一个多月前的文章《二选一:财务自由和成为超级学霸,你怎么选?》中,介绍了两种能够改变人类未来的黑科技。核聚变,以及量子通信。上个世纪,当人们预言下一次科技革命的时候,聚焦三大领域,新能源,新通信, ...
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我在一个多月前的文章《二选一:财务自由和成为超级学霸,你怎么选?》中,介绍了两种能够改变人类未来的黑科技。
核聚变,以及量子通信。
上个世纪,当人们预言下一次科技革命的时候,聚焦三大领域,新能源,新通信,新材料。

能与核聚变,量子通信并肩的新科技,就是新材料领域的王者——石墨烯!
壹、万物皆可石墨烯
听到石墨烯,大家的第一反应,就是逼格不够高
相比起商用遥遥无期的核聚变以及量子通信,我们好像经常在一些商业软文里见到石墨烯,仿佛这东西随处可见一样。
石墨烯不断地被各行各业用来蹭热度,一方面说明它的先进性,另一方面,也说明它的特性确实适合各行各业的万金油!
石墨烯离人类很远么?
其实石墨烯本身并不神秘。石墨是我们平时经常见到的原材料,我们初中化学就学过,石墨以及金刚石,都是自然界中碳元素形成的材料,可是石墨却超级软,金刚石却无坚不摧。
石墨烯则是将石墨一层层的分离,最后形成单层碳原子的网状结构。
只是单层石墨烯的厚度,大概是头发丝的二十万分之一。所以说,石墨烯存在于自然界的石墨之中,可是这么薄的一层,想要提取出来太难了。
石墨烯至今还无法大规模的商用改变世界的根源,不在于它性能难以研究,或者科学界难以发现,唯一的瓶颈,在于如何低成本的批量制造。

石墨烯,作为新材料,对人类真的那么重要么?
我们先来回忆一下初中课本知识,人类与动物的最大差别是什么?是开始学会使用工具。
人类生产力的第一次飞跃是什么时候?是冶铁技术的快速发展,让人类进入铁器时代。
关于工业革命,我们更多的强调蒸汽机以及电能为代表的两次能源革命。能源革命,只是让人类制造的机器能够更高效率的动起来?
可是真正制造出机器的,是对钢材料的应用,带人类进入机器时代。
所以,在未来的新能源时代,人类期望有类似铁器,钢材那样用途广泛,而又成本低廉的新材料。
至少,石墨烯在用途广泛这一块,是独占鳌头的。
首先石墨烯的厚度是目前最薄的,然后是强度最高,透光最好,导电最好,导热也是最好的。
在强度上,石墨烯是普通钢材的1000倍,已经被美国军方列为21世纪军事领域影响未来军事装备的九大科技之一。
用来做zi弹,将是穿透力最强的zi弹。用来做防弹衣或者战车防弹装甲,又会是最强的盾。

在柔性上,石墨烯又完爆现阶段所有的柔性屏材料,所以石墨烯是未来显示屏卷轴化,轻薄化,可穿戴化的最好方向。
石墨烯的电传输特性,目前广泛用于防静电干扰。比如大家干燥的冬天,脱衣服的时候,都会看到噼里啪啦的电火花,这就是纤维植物的静电反应。
现在一些较高端的内衣,都开始在纺织品材料中添加石墨烯,一方面避免静电,另一方面则有更好的导热性能,透气性能,并且增强衣料的弹性与韧性。
贰、天才少年与常温超导
当然,我们会发现,石墨烯能够应用的领域很多,可是军工制造离老百姓比较远,而如果是改变衣料性能的话,也达不到革命性的效果。
石墨烯未来最值得期待的,还是在电力传输中提高效率。现阶段,石墨烯已经是最被寄予厚望的超导材料。
当我们还是初中生的时候,相信物理老师都给大家讲过低温超导的神奇现象,人类过去一直研究电力传输中有没有哪种材料能够让电能传输的损耗为0.

过去发现的材料都是比绝对零度{-273}稍高一点的绝缘材料,并不具备现实生活中的实用意义。
当时北风就幻想,要是谁能够研发常温超导材料,中国几万公里的电力传输线路,能够省下多少电能损耗?相通的电量,又能够节省多少发电资源?
可是当时的物理老师告诉我们,这几乎是不可能实现的梦想。
石墨烯却改变了这一论断。而且发现石墨烯常温超导性能的,是一个中国天才少年。

石墨烯的发展史,其实非常短暂。虽然单层碳结构理论上存在,但是如何证明它,或者说如何制造它呢?
直到2004年,英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫用一种非常简单的方法得到了越来越薄的石墨薄片。
他们先从石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。不断地这样操作,于是薄片越来越薄。最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。
这个过程听起来好像挺简单,可是石墨烯依靠独有的万能特型,让他们因为这个成就获得了2010年的诺贝尔物理学奖。

发现石墨烯的虽然是一对西方科学家,可是发现石墨烯常温超导规律的却是中国天才少年,曹原。
曹原,1996年出生在四川,3岁,就随父母来到深圳。他的人生履历,就是科技爽文都不敢写,别人家的孩子都不敢这么编。
2007年,不满11岁的曹原进入深圳市耀华实验学校,这里以「超常教育」而闻名。
曹原的少年学习经历几乎都是以「光速」的方式完成的:一年内学完小学六年级和初一的课程,初一读了一个月,初二读了三个月,初三不到半年就参加了中考。然而,曹原却说,「我不觉得自己比同龄人聪明多少。」
2010年,14岁的他以理科669分的高考成绩,考入中国科学技术大学,就读于培养未来科研领域领军人物的「严济慈物理英才班」。

这就是传说中的中科大物理天才少年班,在我们还在读初中的年级,他就入读了全国前三的顶级大学。
2014年,18岁的曹原从中科大物理专业毕业,前往美国斯坦福大学攻读博士学位。
如果说,曹原的传奇只是在这里戛然而止的话,那么这样的天才少年,我们生活中虽然少见,可是每年天才少年班都招录几十人,全国每年国际奥赛拿特等奖保送的学霸也不在少数。
可是2018年,在美国研究石墨烯的曹原,从学霸开挂模式,进化到科学家开挂模式。
201835日,《自然》发表了两篇以曹原为第一作者重磅论文,这是该杂志创刊149年历史上的首次。22岁的曹原也成了以第一作者身份在《自燃》上发表论文的最年轻中国学者。
大家可能都对国内学术界喜欢刷论文的科研风气有些不屑,也确实有一些国际垃圾期刊,就是靠花钱就能发论文的。
可是当今世界,依旧有全球科学家公认的,最权威的三大顶级期刊。

分别是《自然》(Nature)、《科学》(Science)、《细胞》(Cell)。这其中,《细胞》的论文专注于生命科学领域,所以曹原作为物理学家,能够发顶级论文的期刊只有《自然》和《科学》。
1997年,我国量子学之父潘建伟院士第一次在《自然》上发表论文时27岁。1999年,我国结构生物学领军人物施一公第一次在《自然》上发表论文时,已经32岁。
两个月前的九章量子计算机,就是潘建伟院士弄的,而施一公,一直被称为中国距离诺奖最近的科学家,而且一手缔造了西湖大学。
曹原至少在科研的起步成就,是高于两位大神的。
欲戴王冠,必承其重!那么曹原2018年的两篇论文,配不配这么高的赞誉呢?
曹原的发现,堪称划时代!他的论文贡献在于发现了让石墨烯实现超导的方法。具体而言,就是他发现了当两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度(魔角),就会产生以0电阻传输电子的神奇超导效应。
1911年,荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯发现,当汞被冷却至接近0K-273℃)时,电子能够以零耗损的状态被传输,从而将能源损耗率降到最低,这个零电阻状态被称为超导电性。这是人类第一次发现超导体的存在,昂内斯因而获得了诺贝尔奖。
在超导现象发现后的107年,人类尝试了各种特殊材料与合金,可是最多只能将温度上升到-140度左右。2018年,曹原的魔角发现,才让人类真正进入常温超导的研发时代。
曹原的行事风格也非常年轻化,20183月,曹原在知乎上如何评价MIT Pablo Jarillo-Herrero研究组在石墨烯超晶格体系中发现超导?的提问下,以一作本人的身份现身说法。
他总结说,自己的第一篇文章提供了一种全新的、可调节的平台用来研究电子-电子的强关联效应;而第二篇文章的意义在于提供了一个前所未有的体系以供物理学家研究困扰了30年之久的高温超导之惑。
他亲自下场解答,也就避免了其他科技爱好者的各种解读。
曹原在2018年的成就远不止两篇《自然》杂志论文这么简单,他凭借魔角超导的发现,被《自然》评为2018年十大科学家之首。22岁获此殊荣,再次打破全球最年轻获此称号科学家记录。

如果说曹原的成就,停止在2018年,那么也会有人担心,他会不会是伤仲永一般的存在。
可是20205月,开挂的曹原再次继续,在《自然》上再发两篇论文,对石墨烯的魔角超导特性进行深化研究。
中国学术界的科学家们,一辈子打破头,都希望能够在三大顶级期刊发表文章,许多两院院士都只有1篇压箱底的三大期刊论文。能够发表两篇以上的凤毛麟角。
能够发表四篇的,两院院士不超过15人。
202121日,曹原的开挂还在继续。他在《自然》发表第五篇论文。他将两层石墨烯魔角超导的现象,拓展到三层石墨烯的超导研究
这无疑,又是给石墨烯的超导研究开辟新的方向。
叁、现阶段被收智商税
曹原的石墨烯论文,能够一次次引爆国际顶级期刊,也证明国际学术界对石墨烯的突破,多么翘首以盼。
石墨烯突破超导,最直接的商业用途,一个是中国的超远距离零损耗输电,另一个就是下一代超级高铁技术。

现阶段的磁悬浮,也可以用超级磁场,创造接近超导的环境,可是成本特别高昂,如果石墨烯的常温超导能够在成本上有突破,下一代超级高铁技术将有新的研究方向。
石墨烯的研究一直万众瞩目,许多两院院士几年前就说石墨烯几年后大范围商用
有了这样的背书,许多行业也就开始公开用石墨烯来收智商税。
比如前几天广汽埃安新能源新车发布会上,埃安选择了用充电速度作为最大的卖点。埃安宣传这款车使用的是石墨烯基超级快充电池,只要8分钟的时间就可以充满电池80%的电量。电池续航能力1000公里。
石墨烯基电池和传了多年的石墨烯电池不是一个概念,只是在锂电池中,添加少量石墨烯的新技术。
添加了石墨烯,新电池的导电性能确实会曾强,可是“8分钟充满80%”与电池续航一千公里两者根本不可能同时实现。
首先打脸的是国际电网:根据高中物理的功率换算都能算出,8分钟充满八百公里的能耗,那么充电桩提供的功率得达到“900千瓦。现阶段,中国电网,只提供30千瓦的快充充电桩。

第二天,中科院院士欧阳高明在新能源车论坛上,直接挑明了说如果有哪个厂家宣称自己电池技术充电超快还安全续航里程又能达到一千公里的话,别怀疑,一定是个骗子!
不光是电动车领域,石墨烯也可用于制备复合材料、电渺超级电容、储氢材料、卫星场发射材料以及超灵敏传感器等,但都仅仅存在于设想阶段,处于成本与制作工艺的瓶颈,短期内,在这些领域还看不到大规模商用的前景。
肆、未来已来,最近的未来
既然石墨烯在许多领域应用都是设想,现阶段都是蹭广告,那这个行业是不是就是一直收智商税,相关的行业股票也是炒概念的?
这就需要大家经常关注科技新闻的最新进展了。石墨烯在超级高铁,超导输电,生物传感器这些超高领域十年内难有突破。
可是石墨烯应用行业广的特点,只需要一两个行业在未来两三年内突破,相应的石墨烯概念股就能得到一部分业绩变现。

第一,手机电池领域,必然是石墨烯最先突破的第一领域,真正的快充,在耗电总功率太大的电动车实现不了,但是手机充电速度提升几十倍,实现几十秒充满,是大概率事件。
第二,还是电子产品,就是石墨烯在柔性屏方面的拓展。单层石墨烯难以制造,所以单层石墨烯的超导,超级刚性的特质应用门槛就高,可是石墨烯柔性屏是多层石墨烯也能实现的性能不极端的应用场景。

第三,电动车电池依旧是重点关注对象,广汽的石墨烯电池,8分钟充满80%是吹爆了,可是添加石墨烯的电池,快充速度提高十倍还是科学界公认的,接下来就是电网,充电桩企业如何提供相配套的充电产品了。
石墨烯的未来,绝对是爆炸式的,虽然大爆炸还很遥远,但只要这三大领域最近几年先后引爆,足够支撑一些巨头,熬到石墨烯全行业爆发时代的到来!
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