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不可忽視的新型物料 – 石墨烯 (廖錦興博士)

By on September 11, 2020

本文作者廖錦興博士，為香港青年工業家協會會長，以及青年領袖計劃「東區青藤」和青年組織「藤絡」的顧問。

這是不平凡的一年，世界紛亂、政局動盪，其實冰封三尺非一日之寒。常言道變幻才是永恆，我們也得要接受各種新常態。由於美國選舉和中國崛起的巨大壓力，以至美國推動及歐洲被迫跟隨的大勢下，全球化下的製造業由中心化（Centralization）瞬間走向去中心化（Decentralization）的局面，而大規模的封殺中國企業由華為拉起序幕，跟著Tik Tok、騰訊、中芯等將陸續涵蓋所有領域，這已是改變不了的大氣候。然而有危有機，各國也因應自己的情況尋找保護傘，以免日後被人家牽着走，因此自主科技研發成為最大的希望。

新型材料石墨烯（Graphene）是最薄、最堅固、最輕、最導電的二維材料。（GEIC fb圖片）

新型材料石墨烯是最薄、最堅固、最輕、最導電的二維材料。（GEIC fb圖片）

嶄新科技材料的前景一片光明，新型材料石墨烯（Graphene）是其中之一。石墨烯不是什麼新事物，早在二十世紀初已有其初步研究，2004年英俄組成的物理團隊首先分離出單獨石墨烯平面，從而引起一股研究石墨烯的熱潮。這種神奇材料可塑性極高，潛在的應用領域叫人驚訝，各類工業用儀器、飛行器、積體電路、多種導熱和熱界面的上游材料、太陽能電池、感光元件等等多不勝數，而最吸睛的是石墨烯具有超高透明度的特性。許多90年代科幻電影出現的摺疊式顯示器或電視，不久將來或成為平價商品。

另外，石墨烯的突破性研究，不只為兩位名不經傳的物理學家康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）和安德烈·海姆（Andre Konstantin Geim）一同成為2010年的諾貝爾物理學獎的得主，也使石墨烯成為英國近年一個偉大的創新成果，並將科研成果變成應用，有利人類的生活和發展。

利用石墨烯增強的複合材料可用於航空航天、建築材料、移動設備以及許多其他應用中。（GEIC fb圖片）

利用石墨烯增強的複合材料，可用於航空航天、建築材料、移動設備以及許多其他應用中。（GEIC fb圖片）

神奇材料可塑性高 應用領域叫人驚訝

去年底的英國曼徹斯特市舉行的第六屆「西北創業投資會2019」（Venturefest North West）上，石墨烯已成為重要焦點。曼徹斯特大學營運的石墨烯工程創新中心（Graphene Engineering Innovation Centre, GEIC）介紹了石墨烯的最新發展，由於石墨烯是最薄、最堅固、最輕、最導電的二維材料，所有這些特性使石墨烯具有革新整個行業的潛力，在電力、電導率、能源產生、電池、傳感器等領域都吸引着全世界的研究人員和企業。

GEIC正大力研究其各種商業化的應用範圍，尤其在複合材料、電子產品和能源產品方面，如鋰電池上，由於石墨烯導電強，在電池生產中摻入石墨烯延長電池的使用壽命。而堅硬又輕薄的優點，令數碼產品、需求精準的醫療儀器及微型機械人、智能手術監測設備等，有更多創新元素注入產品設計和功能增值之中。利用石墨烯增強的複合材料可用於航空航天、建築材料、移動設備以及許多其他應用中。

汽車能源初創公司Skeleton Technologies正在開發一種石墨烯增強的「超級電池」。（Skeleton Technologies Twitter圖片）

汽車能源初創公司Skeleton Technologies正在開發一種石墨烯增強的「超級電池」。（Skeleton Technologies Twitter 圖片）

創新元素注入產品設計和功能增值

因為石墨烯的電池有望能夠彌補鋰離子電池或氫燃料電池仍不能完全滿足能源需求的差距，世界頂級的科技公司都全力投入這方面的研發。據報導，愛沙尼亞的一家汽車能源初創公司Skeleton Technologies正在開發一種石墨烯增強的「超級電池」（Super Battery），該超級電池可在15秒內充電，並且可以經歷數十萬次充電，充電循環而不會降低性能。

電動汽車將是石墨烯的電池一個關鍵的用例，因為緩慢的充電時間仍然是電動汽車車主的主要難題之一，加上鋰離子電池會隨著時間的流逝而退化，從而限制了其使用壽命，以特斯拉電動汽車為例，Model S提供8年保修期，而現時使用的鋰離子電池將令保修成本高昂。超級電池充電速度很快，可以向車輛傳遞強大的能量，但它們有一個很大的缺點：不能長期存儲能量，因此在長途旅程中很少使用。本周得悉香港城市大學化學系研發出新技術生產具備抗菌性質的石墨烯原料以製造可重用口罩，使口罩生產成本及速度大大降低，可見石墨烯新材料的研發將繼續為多個行業帶來驚喜。

香港城市大學化學系研發出新技術，生產具備抗菌性質的石墨烯原料，製造可重用口罩。（信報資料圖片）

香港城市大學化學系研發出新技術，生產具備抗菌性質的石墨烯原料，製造可重用口罩。（信報資料圖片）

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