自古以來,科學家都在尋找新奇的材料,依此創造新穎的用品和工具,進而促使人類的生活更加方便和舒適,並擴大人類的領域及境界。產業界早已多方利用石墨這種材料,不論在鑄造、電工、化學工業、核工業、航空、電池產業等都有其足跡。
一直以來,大家以為單層或少層石墨是不存在的,一直到2004年英國科學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫證明單層石墨烯(graphene)的存在及其神奇的特性,因此他們於2010年獲得諾貝爾物理學獎。
自此以後,全世界的產官學研都競相投入石墨烯的研發,大家甚至認為它是繼塑膠以來最神奇的材料。今日,在我們的生活裏,沒有一處沒有塑膠的蹤影,將來,我們的生活也處處可見到石墨烯應用的影子,”Graphene for a smart life.”
石墨烯是世界上最薄、最堅硬、及最高效導電和導熱的一種納米材料,它在四層以下幾乎是完全透明的,且其密度甚至不能使氦(最小的氣體原子)通過,是過去十年來最令人興奮的材料之一。它的厚度僅為一個碳原子,但硬度卻是鋼的逾二百倍,而密度僅為其六分之一,因而被譽為「奇蹟材料」。
在電子產品、生物醫學設備、水淨化、傳感器、太陽能電池板等方面具有廣泛應用的潛力,這包括觸控式螢幕(用於發光二極體LCD 或有機發光二極體OLED顯示器)、電晶體、電腦晶片、電池、超級電容器、DNA 測序、癌症檢測、水過濾、高性能複合材料(導電、導熱、高強度)、天線、能源生成、太陽能電池、自旋電子學相關產品⋯⋯等等,從A到Z,幾乎什麼都可以使用。但石墨烯的製作,需要有連續且自動化的設備,以便降低成本,並增加應用和商業化的可行性。
根據最近的研究,石墨烯正在成為國家安全和軍事領域的先進材料,令人振奮,尤其是在四個特定領域具有特殊與潛力的優勢。
一)生存力及戰力的保護:從石墨烯在利用機械強度的應用研究,其結果顯示其機械強度甚高,所以,石墨烯作為防彈裝甲材料的潛力變得極為明顯。
二)提高電池儲存容量:依石墨烯相對於較高的電導率的研究,可直接導致電池儲存中更好的能量密度,再加上矽碳/矽石墨烯負極材料的開發,這將造就石墨烯成為高容量電池材料一個很大的機會。
三)增加機動性的戰略:材料輕量化將降低成本,增加自由度,因而促使戰爭的策略完全改觀。無人飛機除了可用在偵察外,更會變成攻擊性(甚至於突擊性)的作戰利器。
四)石墨烯複合材料、導電油墨和傳感器。
石墨烯未來的發展極為可觀。在此,我們提出以下數點芻議,以供政府參考。
一) 研究:政府宜將其列國家發展的重點尖端科技項目,鼓勵學研界投入此方面的研究。
二)開發:在五大創新產業中,國防工業、綠能科技、和生技醫藥,都有很好的石墨烯應用。這些創新產業計畫,應該積極推動石墨烯應用的實現,鼓勵廠商從事石墨烯新產品的開發,並給予適當的獎勵和支援。
石墨烯的開發及製造將是國家安全和產業發展的關鍵策略,政府宜即早佈局,重視其研發及製造方法,以免錯失此大好良機。
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