从塑料到石墨烯，材料怎样革新未来？

而材料最终会走向损耗的根本原因，其实很简单，就是因为摩擦力的存在。当两个表面相互摩擦时，实际的接触点只有纳米大小——只不过是在几个原子间产生摩擦。造成摩擦的原因则相对复杂，既要考虑表面的粗糙度，又要考虑材料形状的微小变化和表面的污染情况。在出现摩擦时，运动表面间产生的能量将转化为热能，从而导致一些潜在的破坏性结果。

比如，汽车发动机内的活动部件以及驾驶过程中此类部件相互摩擦产生的热量，就是我们使用机油和冷却系统的主要原因。如果不进行润滑和冷却，发动机产生的热量将迅速损毁发动机，还有可能致使汽车起火。

不仅如此，当石墨烯应用于微型机械时，人们还可以在石墨烯涂层中有选择性地添加杂质，以实现原子级的校准。这样一来，除了在指定的运动方向上几乎可以彻底避免摩擦产生外，同时还可以让其他方向上的运动仍能产生摩擦。这种被动的自我校准方案已通过实验室测试。

好在随着世界各地的公司纷纷加人石墨烯生产大军，且生产石墨烯的新方法仍在以惊人的速度不断涌现。目前来看，似乎我们确实有可能在几年内实现石墨烯的大规模生产当然，部分企业仍将专注于小批量、定制化的石墨烯生产（如生产出长度在毫米至厘米间，甚至更短的石墨烯薄片），这种石墨烯可用作添加剂或与其他材料结合使用。而要想真正达到实用且能够产生效益的阶段，石墨烯的年产量至少需要超过数千吨。

这为未来的智能设备奠定了材料的基础。比如，使用石墨烯作为材料的薄膜电脑可在隐形状态下覆盖车窗玻璃，从而为即将实现自动驾驶功能的汽车提供地图和实时路况报告，帮助驾驶员在任何两地间行车时选择最佳路线。以石墨烯薄片为材质的计算机类应用，还包括可与隐形眼镜相结合的微型嵌人式电脑。在未来，人们可以利用抬头显示技术，随时将需要查询的信息展现在自己眼前。

当前，石墨烯被形象地称为“黑金”“万能材料”“新材料之王”“未来材料”和“革命性材料”，甚至有科学家预言其极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术革命，进而彻底改变21世纪。

塑料和石墨烯一样，都是由碳基分子形成的。碳原子的长链和其他元素按照重复结构单元连接在一起，这通常被称为聚合物，也就是塑料的专业名称。只不过，塑料瓶和购物袋并不是唯一的高分子聚合物形式。包括淀粉、蛋白质或?DNA?在内的天然聚合物都是促成身体机能运转的要素。

最后，也是石墨烯最为人们所期待的特性，就是“轻便和柔韧”的特性。石墨烯是由排列在平面上的单层原子构成的，不仅非常纤薄，而且强度极高，这也就意味着，石墨烯可经弯折、卷曲、折叠处理，塑造出任何能够想象的形状。石墨烯材料不仅能被拉伸至原尺寸的?120%?而不发生断裂，还能够轻松恢复到初始状态。除此之外，石墨烯还能将投射到材料上的92%的可见光传输出去。也就是说，石墨烯不仅轻便、柔韧、可导电，而且几乎是隐形的。

除了摩擦力小之外，石墨烯还拥有另外一项革命性的应用价值，就是超高的强度。如今，各种产品提升强度和抗断裂性能的方法之一就是加大产品的体积：增加塑料或木板的厚度，使其不易破裂；通过加大密度来提升材料的强度；附加梁木或固件来分担材料在使用过程中承受的压力。这些解决办法都会产生一个共同的副作用——在提升强度的同时，也增加物体的重量。随着而来的问题是，人们是否会愿意为了实现防摔的功能而增添物品的重量？

实际上，聚合物很早就已被人类发现，但一直未能投人重要应用当中。直至在人类?20?世纪初首次从石油当中提炼出聚合物后，它才得到大规模应用。1907年，利奥·贝克兰发明的第一种塑料制品就是聚合物，此后，一系列为人熟知的塑料品种才相继出现，包括聚苯乙烯、聚酯、聚氯乙烯（PVC）聚乙烯、尼龙和聚对苯二甲酸乙二醇酯等等。

不过，塑料的爆发应用，则来自于1907年的贝克兰合成了可塑性材料，可塑性材料为此后各种塑料的发明和生产奠定了基础，并逐渐走进了电话、收音机、枪支、咖啡壶、台球、珠宝，甚至第一枚原子弹里。

文章来源：《中国塑料》 网址: http://www.zgslgw.cn/zonghexinwen/2022/0801/942.html