那些新材料引发的科技变革

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新材料改变世界？

你能想象头发的二十万分之一厚度的一块薄膜，比一块厚钢板还要坚硬么？不要怀疑，它是新材料。

中国“十二五”规划的七大战略新兴产业，分别是节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料和新能源汽车，七个产业中，新材料又是其他七大战略新兴产业的基础。新材料主要是指新出现的或正在发展中的具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能材料，包括在传统材料的基础上发展而成，或在传统材料基础上通过新技术处理所获得的性能明显提高或产生新功能的材料，也包括能够满足高技术产业发展所需要的一些关键特殊材料。例如：石墨烯、锂电池、纳米新材料科技等等。我们逐一来看一下，这些可能引发未来生产、生活，产生巨大变革的新材料。

石墨烯有望改变世界

石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮，它是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料。石墨烯不仅是人类已知材料中最薄的一种，厚度只有0.335纳米，仅为头发的二十万分之一，而且非常牢固坚硬，超过钢铁数百倍的强度，比钻石还要坚硬。打个比方，单层的石墨烯的强度，需要把一只大象的重量加到一支铅笔上，才能够使得这支铅笔刺穿仅像保鲜膜一样厚度的单层石墨烯。

石墨烯不仅硬度强，它的导电性能也让其他材料望尘莫及，石墨烯具有极佳的低电阻，它的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射，由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。新能源汽车的瓶颈是什么？不是发动机，而是电池，一辆汽车用锂电池充电起码要半个小时以上，能想象得到，这样的汽车销量不会好。但如果用石墨烯做材料研发新电池，充同等电量可以只用一秒钟。石墨烯电池是把电动汽车变得普及的真正希望。

由于石墨烯即使在受到了高强度的电学和化学影响情况下，依然能保持高载流子迁移率，建造弹道传输晶体管的高科技人员对其产生了浓厚的兴趣。2008年，世界上最小的晶体管诞生了，它是由石墨烯构成，厚度为一个原子直径，宽度为10个原子直径，这一成就在开发石墨烯基电子器件和超高速计算机的道路上起到了革命性的突破，而石墨烯如今已经逐步出现在新型晶体管、存储器和其他器件的原型样品当中。

此外，由于石墨烯是透明的，用它制造的电板比其他材料具有更优良的透光性，透明的石墨烯可制成优良的太阳能电池；如果加以利用石墨烯，科学家们不仅可用来开发制造出犹如纸片般轻薄型的飞机材料、超坚韧的防弹衣，甚至还可以制作2.3万英里长伸入太空的电梯，实现人类坐电梯进入太空的梦想。人类还可用于成批制造石墨烯光纤，这将降低超坚固炭素复合材料的成本。

石墨烯的出现可能会将摩尔定律延续下去，2025年以后，人类可能会从硅、锂时代跨越到石墨烯时代。

石墨烯是如此美好的新材料，之所以没被普遍应用，是因为目前的技术水平还难以大批量生产，因而石墨烯还极其昂贵，目前国内市场，每克石墨烯售价在2000元之上。可喜的是，批量生产石墨烯的技术已经逐步被攻破，世界上第一条石墨烯生产线已经在中国开始建设，石墨烯走进生产生活的时间越来越近了。

锂电池正在改变生活

如果说石墨烯是尚待突破生产瓶颈的新材料，锂电池的生产则已经支撑起了一个新兴产业。我们日常生活中所使用的MP4、手机、笔记本电脑、数码相机等消费电子产品中都可以见到锂电池。目前开发的大容量锂电池已在电动汽车中开始试用，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。随着地球能源的紧缺以及来自环保方面的压力，锂电池的应用领域和需求量仍将继续扩大，从而进一步推动锂电池行业的发展和应用。

锂电池相比于其他传统电池，其特点体现在高能量密度：锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的40%～50%，镍氢的20%～30%；高电压，一个锂离子电池单体的工作平均电压为3.7V，相当于三个串联的镍镉或镍氢电池；无污染、循环寿命高，无记忆效应以及可快速充电。

目前全球锂电池产业主要集中在日本、中国和韩国三个国家。近年来，全球锂电池发展迅速。2011年，全球锂离子电池市场规模达到153亿美元，同比增长29.7%。2011年，中国锂电池市场规模增速高于全球增速，达到了397亿元人民币，同比增长43%，全年锂电池产量达到29.7亿颗，同比增长28.6%。

纳米材料影响衣食住行

纳米是一种日益走进寻常百姓生活的材料技术，珍珠、人参经由纳米技术加工之后，更容易被吸收，身价倍增。

纳米是一种度量单位，1纳米为百万分之一毫米，即1毫微米，也就是十亿分之一米，约相当于45个原子串起来那么长。纳米技术目前已成功应用于许多领域，包括了医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等。

纳米技术一诞生，便以其异乎寻常的特性引起了材料界的广泛关注。这是因为纳米材料具有与传统材料明显不同的一些特征。例如，纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高12倍；气体通过纳米材料的扩散速度比通过一般材料的扩散速度快几千倍等；纳米铜比普通的铜坚固5倍，而且硬度随颗粒尺寸的减小而增大；精细陶瓷材料里使用了纳米材料，可以在低温、低压下生产出质地致密且性能优异的陶瓷；在汽车的涂装业中，纳米材料使得汽车面漆大增光辉。

市场上陆续出现了纳米珍珠粉、纳米人参粉，这些具有保健功能的传统材料加工得更为细腻，以便人体易于吸收消化。在医药学与生物工程学上，纳米粒子与生物体有着密切的关系。例如，构成生命要素之一的核糖核酸蛋白质复合体，其粒度在15～20nm（注：nm即纳米，相当于1×10-9m）之间，生物体内的多种病毒也是纳米粒子。此外用纳米二氧化硅微粒可进行细胞分离，用金的纳米粒子进行定位病变治疗，可以减少副作用；还可利用纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，对人体进行全身健康检查，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物。甚至还能吞噬病毒、杀死癌细胞等。

纳米材料除了给人们日常生活带来了以上的重大影响和改善外，它还可以提供成更有效率的绿色能源、新型先进的纳米电子设备，甚至有望成为将来服装的组成部分。

制造业直接体现了一个国家的生产力水平，是区别发展中国家和发达国家的重要因素。现代的纳米技术影响最大领域之一将会是制造业，一些器件及产品的生产不再依赖真空过程已初露端倪。

随着全球开始倡导低碳、节能、环保、循环，新材料经济成为新的经济发展模式，纳米技术的市场前景将更加广阔。