【科普】保暖還發(fā)熱,冠以“石墨烯”之名的過冬神器靠譜嗎?

“冰益壯,地始坼?!?冬至剛剛過去,全國(guó)絕大部分地區(qū)都處于凜冽的寒冬時(shí)節(jié),保暖也就成為了人們最重要的訴求。

市面上,各種新興取暖神器層出不窮,主打“石墨烯”概念的冬日神器更是火熱。電商平臺(tái)上,消費(fèi)者可以便捷地買到石墨烯暖手寶、石墨烯電暖器、石墨烯電熱毯、石墨烯羽絨服等諸多產(chǎn)品。

然而,冠以“石墨烯”之名的過冬神器,真有這么神奇嗎?

先看一段關(guān)于石墨烯的介紹:“石墨烯(Graphene)是一種以sp2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料 。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性,在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景,被認(rèn)為是一種未來革命性的材料。”2010年,兩位科學(xué)家因?yàn)槌晒Ψ蛛x石墨烯獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

單從性能來看,石墨烯的確有優(yōu)化服裝性能的特性,可實(shí)際的保暖功效呢?前段時(shí)間,上觀新聞的記者采訪了東華大學(xué)紡織學(xué)院的教授兼博導(dǎo)王府梅。王教授表示:“如果衣服真的含有石墨烯,會(huì)迅速把人體的溫度向外部傳導(dǎo),這能發(fā)揮保暖效果嗎?”不僅不保暖,還具有良好的散熱特性,這才是石墨烯保暖衣物的真相。不過,這也并不意味著石墨烯不能運(yùn)用在保暖衣物中,前提是衣服得有一個(gè)熱源,通過通電等間接手段發(fā)熱,借由石墨烯快速傳導(dǎo)熱量,而不是直接由石墨烯發(fā)熱。

實(shí)際上,早在2018年平昌冬奧會(huì)的“北京8分鐘”中,石墨烯發(fā)熱服就曾亮相。當(dāng)時(shí),主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)為了讓演員在零下環(huán)境中,穿上暖和的衣服正常表演,特地利用石墨烯超高導(dǎo)熱系數(shù)的特性,研制出了超薄透明的石墨烯電熱薄膜技術(shù)。據(jù)介紹,該款石墨烯演出服能夠在低溫下智能發(fā)熱保溫。相關(guān)負(fù)責(zé)人表示,這款發(fā)熱服不僅要有發(fā)熱功能,還要保證材料的安全、電池的續(xù)航能力和服飾的舒適度。同樣,今年年初的北京冬奧會(huì)中,頒獎(jiǎng)服同樣采用了石墨烯發(fā)熱技術(shù)。由此可見,一款合格的石墨烯發(fā)熱服有著極高的標(biāo)準(zhǔn),市面上大多石墨烯保暖衣服僅僅處于“概念”階段。

除開導(dǎo)熱功能,石墨烯在紡織行業(yè)還有很多優(yōu)異的性能有待開發(fā)應(yīng)用。

其一,抗靜電性能。由于石墨烯具備良好的導(dǎo)電性能,所以可以加速紡織物表面的電荷消散,從而達(dá)到抗靜電效果;其二,防紫外線性能,石墨烯具備獨(dú)特的光學(xué)特性,如與波無(wú)關(guān)的光吸收,能夠提高其改性織物的防紫外線性能;其三,抗菌性能,石墨烯具備良好的生物相容性,抗菌能力強(qiáng),無(wú)毒無(wú)害。除開以上常見性能,石墨烯改性織物還具備防彈性能、電磁屏蔽性能等等,以上可用于特殊行業(yè)的織物應(yīng)用。

除開以上,石墨烯改性織物還有一個(gè)巨大的優(yōu)點(diǎn),那就是安全環(huán)保、易分解。紡織行業(yè)的廢水污染一直是老大難問題,而且嚴(yán)重威脅人類的長(zhǎng)期發(fā)展。而石墨烯可以助力有機(jī)染料形成無(wú)毒分子,石墨烯良好的光催化效果也可以很好地降解紡織廢水和染料。

基于以上性能,石墨烯終將引領(lǐng)紡織行業(yè)新一輪的“材料革命”。不過目前,真正的石墨烯紡織材料依舊較少。主要原因在于,一是石墨烯價(jià)格高昂,生產(chǎn)成本高;二是大眾對(duì)石墨烯織物的接受度和認(rèn)可度并不高,目前的石墨烯相關(guān)產(chǎn)品依舊屬于炒概念的階段,并沒有真正引起大眾對(duì)石墨烯功能材料的認(rèn)可。不過,隨著石墨烯原材料制備的發(fā)展,石墨烯材料終將引領(lǐng)高端紡織材料的一次大發(fā)展和大革新。

借用國(guó)科學(xué)院院士、北京石墨烯研究院院長(zhǎng)的一段話:“對(duì)于石墨烯材料來說,理想與現(xiàn)實(shí)之間還有一道鴻溝,需要花大氣力去彌補(bǔ)、去跨越這道鴻溝。石墨烯材料必須找到它真正的殺手锏級(jí)的用途。把石墨烯作為添加劑去改善性能,這談不上是殺手锏級(jí)的用途。真正的殺手锏級(jí)的用途其實(shí)會(huì)帶來傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)換代,甚至創(chuàng)造全新的產(chǎn)業(yè)。

最后,希望在不遠(yuǎn)的未來,石墨烯能在紡織、能源、農(nóng)業(yè)、光電、生物醫(yī)藥、航空航天等諸多領(lǐng)域,綻放出其作為“新材料之王”全部的光輝。