尋找《阿凡達》中的潘多拉元素

記者 李曉輝

電視片特別支持 宿萬濤 王林娟

小推說：

電影《阿凡達》中，人類為了尋找「Unobtanium」不遠萬里來到潘多拉星球。昨天，中央電視台新聞頻道播出系列報道科學探前沿，在時長達11分鐘的節目《神秘的石墨烯》中，走進中國電科18所和55所重點實驗室中，為大家揭秘了現實生活中的「Unobtanium」——石墨烯。這種 來自未來"的稀有元素，也將會開啟一個新的時代。

下面讓我們一起再次了解下這個傳說中的，石墨烯。

特別感謝中央電視台新聞中心經濟新聞部

製片人 崔霞

記者 吳傑 李廈

中國電科五十五所石墨烯相關實驗

中國電科十八所石墨烯相關實驗產品

中國

電科

探秘石墨烯

早春三月，全世界的目光齊聚北京，中國進入了一年一度的「兩會」時間。伴隨著微風中涌動的陣陣暖意，2017年的全國「兩會」又一次燃起國人對全面建設小康社會的無限憧憬。

距離兩會開幕還有4天，中央電視台緊緊圍繞會議指導思想和各項重大議題，投入空前的力量和規模，呈現了多樣的配合性報道，特色鮮明、亮點頻現、精彩紛呈，為「兩會」的順利舉行營造了良好的輿論氛圍。

2月26日，中央電視台新聞頻道播出系列報道科技探前沿，在時長達11分鐘的節目《神秘的石墨烯》中，央視記者聚焦中國電科石墨烯尖端產業，走進中國電科55所、18所國家重點實驗室，探秘石墨烯生產線，還原一個真實的潘多拉「難得素」。

以下為節目文字實錄：

看點01

石墨烯——激動人心的「難得素」

【導語】

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如果要說現在什麼新裝備最火，大家都會想到無人機，機器人，如果是什麼新工藝最火，那無疑是3D列印。那問到如果新材料呢？很多人會想到「石墨烯」。已經有公司宣稱，要用石墨烯打造快速充電的手機，甚至推出了石墨烯的內衣襪子保健食品。那麼石墨烯到底是何方神聖，它又何以異軍突起，成為人們關注的焦點呢。今天的《科學探前沿》，我們就來尋找一個真實的「石墨烯」，這第一站要從遙遠的外太空開始。

【正文】

【阿凡達電影開場】

【正文】

在電影阿凡達里，導演通過電腦特技向我們描繪了一個虛構的星球——潘多拉。強大的人類艦隊跨越幾個光年來到這裡，不惜破壞這裡的生態，屠戮原住民，為的就是得到這個星球上一種特殊的資源：

【同期】電影同期

Unobtainium這種元素，在地球上售價是35萬美金一公斤

【正文】

這個在電影里一閃而過的特殊材料叫unobtainium，翻譯成中文的字面意思，其實叫「難得的元素」。這可不是瞎編出來的詞兒，在航空領域，人們用「難得的元素」形容性能完美的材料，比如輕得像空氣卻堅硬得像鋼鐵。在歷史上，只有一種材料，曾經接近工程師們理想中的「難得的元素」，那就是鈦合金。

而今天，一種全新的材料，正在進一步接近人類夢想中的「難得的元素」，這就是石墨烯。它和我們常見的石墨棒和鉛筆芯一樣，全是由碳原子組成，只不過，它只由一層碳原子在平面上構成，可以說它的特點就是薄，薄到不能再薄了。除了薄，石墨烯還有一些其他特性。

【同期】孔月嬋 微波毫米波單片集成和模塊電路重點實驗室副主任，中國電科55所博士

首先石墨烯它的硬度非常強，比現在最強的鋼鐵還要強100倍。它的電子的速度非常高，是硅的10倍，非常適合發展下一代的超高頻的電子器件。

【正文】

同時，石墨烯還是傳導熱量的高手，比最能導熱的金屬銀還要強10倍。正是這樣全面的性能，讓石墨烯受到了前所未有的關注，在資本市場上，任何一家和石墨烯搭上關係的上市公司，都會引來熱錢的追捧，人們甚至開始預言，石墨烯的出現就要來引領一場由材料進步而引發的工業革命。

看點02

「手造」石墨烯 「膠粘」諾貝爾

【導語】

難得的元素，聽起來就覺得，這樣的材料，稀有，難得。不過事實真的是這樣嗎？這個能在資本市場上攪動風雲，未來還要引領工業革命的石墨烯，真的有那麼神奇嗎？接著來看我們記者的報道。

【正文】

【同期】央視記者 吳傑

我們在學生時代都有這樣的經歷，當我們在紙上寫錯字的時候，我們就會用透明膠帶，把錯字粘掉，誰也沒有想到，就是這樣一個簡單的方法，讓人們發現了神秘的石墨烯

【正文】

製造石墨烯，簡單說就要把石墨變薄，不能靠切，不能靠磨，而要靠粘。2004年，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·蓋姆和克斯特亞·諾沃消洛夫嘗試用膠帶粘出「石墨烯」。別小看這個辦法，自從有了這個點子之後，兩位科學家就拿了兩次諾貝爾獎。那麼用膠帶怎麼就能生產出這種具有革命性的新材料呢？我們特意做了現場試驗

【同期】吳雲微波毫米波單片集成和模塊電路重點實驗室高級工程師，中國電科55所博士

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這是一小片的石墨片，我們把它粘在膠帶上面，粘一小片就夠了，然後我們對它進行一個交疊的撕拉。

記者：我看這個一片變兩片

它會越剝越薄

記者：這一般要重複多少次？

這個一般重複四五十次。

記者：吳老師，這個我能試試么？

可以的

【正文】

足足粘了半個小時，膠帶上面現在已經布滿了灰色的石墨，然後，吳博士用膠帶，把這些石墨轉移到了一塊乾淨的矽片上。吳博士提示我們說，現在我們能看到的，都不是石墨烯，因為石墨烯不僅非常薄，厚度甚至不到頭髮絲的萬分之一，而且它透光達到97%以上，幾乎完全透明，人的肉眼是根本看不到的，要找到它，還得有技術手段。

【進入實驗室】

【同期】吳雲 微波毫米波單片集成和模塊電路重點實驗室高級工程師，中國電科55所博士

這個比較明顯的，就是多層的石墨片，而我們看到這樣很淡的形狀的，它可能就稍微薄一些，裡面顯現越模糊的，就越有希望。這個究竟是單層，還是兩層三層，我們需要對它定位之後，才能最終確定它的層數。

【正文】

其實，曾有科學家預言過，像石墨烯這樣單層原子組成的材料是無法穩定存在的，然而，石墨烯就這樣出其不意地來到了我們的身邊。有意思的是，自從用膠帶粘出了石墨烯之後，人們還在許多材料上試驗了這樣簡單粗暴的辦法，而且成效顯著。目前，人類通過這種辦法發現的類似石墨烯的材料已經達到了4-5百種。

看點03

利用石墨烯 中國有秘籍

【導語】

剛才大家看到的這個辦法其實只是最初人類生產石墨烯的方法，現在，由於技術的進步，高質量的石墨烯可以大量地生產出來，在我國，科研人員通過自主創新，把石墨烯的生產和應用引入到了半導體行業，石墨烯引發的革命，就要從我們常見的小小晶元開始了。

【正文】

電子晶元的基礎材料是硅。然而，隨著晶元上元器件越來越密集，最高端的晶元上，兩個元器件之間的距離已經只有不到10個納米，幾乎已經到達硅材料的極限了。要繼續提高性能該怎麼走？中國的科研人員已經開始嘗試用石墨烯部分代替硅的作用。

【同期】孔月嬋 微波毫米波單片集成和模塊電路重點實驗室副主任，中國電科55所博士

這個就是我們製作半導體微波器件的一條完整的工藝線，我們石墨烯的研發工作也是在這裡進行的。

記者：它的生產設備和我們普通半導體器材生產設備是一樣的是吧？

對，我們現有的技術開發都是基於成熟的設備和工藝。為後續的工程化研製打定基礎。

記者：這個是我們做好的一個石墨烯器件？

由它製作的器件，理論上頻率可以達到硅的十倍甚至上百倍。

記者：頻率更高能做哪些事情？

比如它在雷達上應用，可以大幅提高雷達的解析度。在通訊，成像上都有比較廣泛的應用。

【正文】

除此之外，這裡的科研人員還在做另一件大事。他們讓石墨烯附著在厚度只有50納米的金箔上，然後，用一套新的辦法，把石墨烯完整地轉移到柔軟的塑料片上。

【同期】

石墨烯是可以通過靈活的方法轉移到任意我們希望的襯底上的，這是我們在電子器件上專用的一個塑料襯底，它具備柔性，也適合我們晶體管的製備過程。

【撈的過程展示】

【正文】

輕輕一撈，帶有石墨烯的金箔就附著在了塑料片上，這就是我國具有自主知識產權的石墨烯轉移技術，有了這個獨門秘籍後，在這塊塑料片上就能生成具有一定功能的電子器件，最關鍵的是，這樣的電子器件是可以輕鬆彎曲的。未來無論是可以摺疊的顯示屏幕還是能夠植入人體的可穿戴設備，都離不開這樣的石墨烯器件。而利用石墨烯製造新一代晶元，也讓我國的晶元製造實現彎道超車，有望躋身世界先進水平。

【同期】高濤 微波毫米波單片集成和模塊電路重點實驗室主任，中國電科55所所長

對石墨烯的研究我們從2010年就開始了，作為應用型高科技研究所，在石墨烯研製方面，我們始終堅持自主創新，加強需求前沿和用研結合，在石墨烯材料的製備和器件研製方面取得重要突破。

整個集成電路，我們國家還是相對落後的，我們現在每年從國外進口的集成電路，超過2000億美元，實際上這個進口量是超過了石油。石墨烯作為一個新一代的戰略性新興材料，我們恰恰能夠保持跟國外的同步發展，應該是處於世界先進水平。

我的體會是跟在人家後面，去跟蹤研訪，你永遠也趕不上，只有堅持自主創新，面對世界科技前沿，面向中長期技術發展趨勢，堅持自主創新，加強對前瞻性基礎基礎研究，才能形成自主的核心技術，通過技術進步推動裝備發展。

看點04

石墨烯電容器：電動車充電兩分鐘行駛百公里

【導語】

除了在半導體領域掀起一場革命外，石墨烯另一個被給予厚望的應用領域就是電能的儲存。現在已經有一些廠家表示，已經開發出了應用石墨烯材料的電容，那麼這些電容能當電池用嗎？它們真的能比現在的電池更好用嗎？

【正文】

在天津電源研究所，這裡的科研人員正在開展最先進電容器的研究。電容器與電池一樣，都能用來儲存電能，它的優勢在於充電速度快，幾分鐘就能充滿，而且可以重複使用幾萬次，但是，它存儲的電量不如電池多。

說到這裡，您是不是也在想，如果它能存儲足夠多的電能，就能在生活里派上大用場？石墨烯也許就能做到這一點。

【同期】化學與物理電源技術國防科技重點實驗室常務副主任 中國電科18所博士 丁飛

這是我們已經做好的改性石墨烯配成的漿料，下一步我們就把這些漿料通過塗布機塗到鋁箔上，成為我們石墨烯電容器所用的的正極。

【正文】

電容材料對電容器的性能有著至關重要的影響。通過對石墨烯材料進一步改性研究，科研人員讓電容器的儲電能力正在一步一步向電池靠攏，而同時它擁有的超快充電速度，能夠為人們的生活帶來更多的便利。

【同期】丁飛化學與物理電源技術國防科技重點實驗室常務副主任 中國電科18所博士

我們現在正在做的改性石墨烯電容器，可以幾分鐘充滿，有希望在一段時間之後，能量密度接近現有鋰電池的能量密度。

【正文】

丁飛所說的能量密度是指在一定的空間或質量的物質中儲存能量的大小，能量密度越高，就表示這種物質的儲電能力越強。丁飛手裡拿著的就是改性石墨烯電容器的樣品，能量密度已達到傳統電容器的3倍以上。雖然它還處於實驗室研究階段，但是石墨烯材料的強大能力讓丁飛團隊看到未來改性石墨烯電容器應用的廣闊前景。

【同期】丁飛化學與物理電源技術國防科技重點實驗室常務副主任 中國電科18所博士

在未來，我們的充電設施越來越完善，在市內行駛的時候，100公里可以滿足幾天的使用，當你發現電量不足的時候，只要找到附近的充電設施，花兩三分鐘就可以把電充滿，基本上不會影響出行使用。

主編/任青鋒 責編/尚素娟 編校/孫晨