石墨烯的“神奇”并不局限于新型電池，華為創(chuàng)始人任正非曾說，未來10～20年內(nèi)會爆發(fā)一場技術(shù)革命顛覆時代，石墨烯時代將取代硅時代。作為新一輪材料革命的種子選手，各國均致力研發(fā)以求搶占先機。一股石墨烯研究熱潮在全世界范圍悄然升溫，其商業(yè)化過程中存在的問題也層出不窮地浮出水面。
當“石墨烯”僅是石墨烯
曼徹斯特大學副校長ColinBailey稱：“石墨烯有可能徹底改變數(shù)量龐大的各種應(yīng)用，從智能手機和超高速寬帶到藥物輸送和計算機芯片。”科學家甚至預(yù)言其將“徹底改變21世紀”。這里提到的石墨烯，究竟是何方神圣?它真的能帶來顛覆嗎?
石墨烯是已知的最薄、最堅硬的納米材料。它的透光率高達97.7%，幾乎完全透明;導(dǎo)熱系數(shù)高達5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石;常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V·s，高于硅晶體;而電阻率只有10-8Ω·m，比銀更低，為世上電阻率最小的材料。如此看來石墨烯可謂實至名歸。
2014年11月，由中國國家發(fā)改委、財政部和工信部發(fā)布的《關(guān)鍵材料升級換代工程實施方案》將石墨烯列為20種重點新材料之一，而科學界正致力于揭開石墨烯未來潛在應(yīng)用的冰山一角。浙江大學高超教授課題組近期發(fā)現(xiàn)一種新型、廉價、無毒的鐵系氧化劑，它將在一小時內(nèi)完成單層氧化石墨烯的制備，有望在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用。同時，石墨烯在鹽水中的自發(fā)電現(xiàn)象被科學家高度重視，它為綠色發(fā)電提供了無限可能。
“石墨烯最有可能在新能源電池、電子設(shè)備和航空航天領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用”，基于目前已有的研究成果，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長李義春做出如此預(yù)測。他同時表示：“2015年將成為中國石墨烯產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的元年，今年以石墨烯為添加劑的鋰電池有望最早實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。”
李義春將我國石墨烯電池的研究分為兩部分：在傳統(tǒng)鋰電池上進行應(yīng)用以及依據(jù)石墨烯制造一個新體系的電池。石墨烯超級電池的成功研發(fā)，克服了電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展瓶頸，解決了新能源汽車電池的容量不足以及充電時間過長的問題，若能批量生產(chǎn)，則將為電池產(chǎn)業(yè)乃至電動車產(chǎn)業(yè)帶來新的變革。而美國麻省理工學院成功研制的表面附有石墨烯納米涂層的柔性光伏電池板，可極大降低制造透明可變形太陽能電池的成本，為光伏產(chǎn)業(yè)的生存提供了出路。
同時，石墨烯在電子領(lǐng)域也大顯神威。備受矚目的可彎曲屏幕或?qū)⒊蔀槲磥硪苿釉O(shè)備顯示屏的發(fā)展趨勢，屆時作為基礎(chǔ)材料的石墨烯將前途無量。有數(shù)據(jù)顯示2013年全球?qū)κ謾C觸摸屏的需求量大概在9.65億片。到2015年，平板電腦對大尺寸觸摸屏的需求也將達到2.3億片，這為石墨烯的應(yīng)用提供了廣闊的市場。韓國三星公司的研究人員也已制造出由多層石墨烯等材料組成的透明可彎曲顯示屏，我國重慶墨烯科技有限公司更是先其他國家一步實現(xiàn)石墨烯手機的量產(chǎn)。
石墨烯在航天軍工領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢也極為突出，它的高導(dǎo)電性、高強度、超輕薄等特性彌補了傳統(tǒng)材料的缺陷。美國NASA已開發(fā)出應(yīng)用于航天領(lǐng)域的石墨烯傳感器，能很好的對地球高空大氣層的微量元素、航天器上的結(jié)構(gòu)性缺陷等進行檢測。同時，石墨烯在超輕型飛機材料等潛在應(yīng)用上也將發(fā)揮更重要的作用。
當“石墨烯”不只是石墨烯
正是看到了石墨烯的應(yīng)用前景，許多國家紛紛成立石墨烯相關(guān)技術(shù)研發(fā)中心，嘗試使石墨烯商業(yè)化，進而在工業(yè)、技術(shù)和電子相關(guān)領(lǐng)域獲得潛在的應(yīng)用產(chǎn)權(quán)。歐盟委員會將石墨烯作為“未來新興旗艦技術(shù)項目”，設(shè)立專項研發(fā)計劃，將在10年內(nèi)撥出10億歐元經(jīng)費。英國政府也投資建立國家石墨烯研究所(NGI)，力圖使這種材料在未來幾十年里可以從實驗室進入生產(chǎn)線和市場。
目前全球已有超過200個機構(gòu)和1000多名研究人員從事石墨烯技術(shù)的開發(fā)和研究，其中不乏三星、IBM等科技巨頭，也有中國的新興科技企業(yè)。經(jīng)過幾年發(fā)展，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)基本形成以江蘇省為聚合區(qū)，其它多地碎片化存在的產(chǎn)業(yè)格局。其中，僅常州市就有石墨烯原料制備及應(yīng)用領(lǐng)域企業(yè)33家，高新技術(shù)企業(yè)16家。常州二維碳素科技有限公司于2013年建成國內(nèi)首條年產(chǎn)3萬平方米石墨烯透明導(dǎo)電薄膜生產(chǎn)線，成為全球首家擁有獨立知識產(chǎn)權(quán)、率先實現(xiàn)石墨烯手機觸摸屏生產(chǎn)的企業(yè)。而常州第六元素材料科技股份有限公司2013年開發(fā)出國內(nèi)首條大規(guī)模、全自動粉體石墨烯生產(chǎn)線，在提高產(chǎn)能的同時大大降低石墨烯價格，讓石墨烯大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用成為可能。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展亮點頻現(xiàn)的同時，也折射出產(chǎn)業(yè)泡沫化的隱憂。石墨烯巨大的商業(yè)價值激起了政企的投資熱情，以致大量資金迅速涌入石墨烯領(lǐng)域，行業(yè)規(guī)模空前膨脹。中科院院士劉忠范認為，國內(nèi)的石墨烯研究存在太多急功近利的行為。在巨大發(fā)展前景面前，誰都不愿放棄唾手可得的利益空間，一些與石墨烯毫無關(guān)聯(lián)的草根企業(yè)甚至也改頭換面加入研發(fā)大軍。在石墨烯科研進展緩慢的當下，這種火熱程度恐怕歸根結(jié)底是資本炒作在作祟。這里也似乎折射著當年造船熱和光伏熱的縮影，有企業(yè)家的盲目，也有地方政府的GDP沖動。“一窩蜂而上的結(jié)果必定是一窩蜂而下”，劉忠范如是說。如果商業(yè)領(lǐng)域一味夸大其神奇之處，可能會導(dǎo)致石墨烯產(chǎn)業(yè)變成泡沫，一旦破裂，那么也許技術(shù)和工業(yè)的進展也無法拯救它。
石墨烯技術(shù)破解有方
“中國石墨烯產(chǎn)業(yè)研究在各行各業(yè)均產(chǎn)生了一些實驗室成果，不少研究成果已經(jīng)開始觸摸到了應(yīng)用層面。但在光伏、微芯片等高端產(chǎn)業(yè)，還存在著由于技術(shù)門檻高、投入資金巨大、應(yīng)用企業(yè)合作等問題，目前多數(shù)處于實驗室階段和計劃階段，無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。”正如李義春所說，石墨烯作為一個剛剛興起、遠不成熟的行業(yè)，雖是資本市場的熱門概念，但上游強下游弱、重科研輕應(yīng)用、噱頭多實干少等現(xiàn)實已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟須突破的瓶頸。為此我國應(yīng)引入合理的政策導(dǎo)向和行業(yè)標準，避免在國際競爭中先發(fā)而后至。
首先，精準扶持重點企業(yè)，建立良性引才體系。中國高純度大面積、大批量制備石墨烯的工藝已經(jīng)達到了世界領(lǐng)先水平，但基礎(chǔ)理論研究、石墨烯的高端應(yīng)用則進展緩慢。更值得關(guān)注的是我國有關(guān)石墨烯的專利數(shù)在世界名列前茅，但真正涉及核心技術(shù)的則為數(shù)寥寥，這與我國“一窩蜂”式的產(chǎn)業(yè)模式不謀而合。為此，應(yīng)加大對重點企業(yè)的扶持力度，將重點從利益微薄的產(chǎn)業(yè)鏈上游向產(chǎn)業(yè)鏈下游轉(zhuǎn)移。同時配備以良性引才制度，減少人才的流失，提高整體科研水平，促進石墨烯產(chǎn)業(yè)向更高層次邁進。
其次，將企業(yè)定位為研發(fā)主體，有效推進產(chǎn)研結(jié)合。當今世界石墨烯的主流研發(fā)主體皆根植于企業(yè)，如韓國的三星公司，引領(lǐng)產(chǎn)學研結(jié)合的多維格局。而在我國，石墨烯相關(guān)技術(shù)的研發(fā)主體仍然是大學和科研機構(gòu)。這就造成雖科研成果眾多但實際應(yīng)用價值不高的研發(fā)現(xiàn)狀。針對該現(xiàn)象，深圳清華大學研究院原院長馮冠平認為：“可參考美國模式，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期加大投入力度，政府推動引導(dǎo)資金向高科技資金、孵化器企業(yè)傾斜，利用企業(yè)的主體地位推動創(chuàng)新。”讓研發(fā)主體立足于企業(yè)，這將從根本上解決我國技術(shù)列車的脫節(jié)問題。
再次，細分行業(yè)標準。日前，石墨烯國家標準制定工作正式啟動，將針對2014年批準立項的《石墨烯材料的名詞術(shù)語與定義》等4項國家標準項目進行討論，對石墨烯核心術(shù)語、材料定義、制備方法等方面進行界定。全國納標委納米材料分會秘書長戴石峰說：“我們希望通過制定石墨烯國家標準，更好地引導(dǎo)和促進石墨烯產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，使這種具有卓越性能的新材料更好地在各個領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。”屆時，石墨烯產(chǎn)業(yè)將擺脫無標準的窘境，在規(guī)范產(chǎn)品的同時免除了石墨烯研發(fā)企業(yè)的后顧之憂。
最后，制定合理的環(huán)境預(yù)警方案。目前我國的石墨烯產(chǎn)業(yè)處于起步階段，環(huán)境效應(yīng)還未凸顯，雖現(xiàn)在對它的環(huán)境影響下斷言還為時太早但未雨綢繆仍是十分必要的。就如目前已實現(xiàn)量產(chǎn)的氧化石墨烯納米顆粒，它在地表水里十分穩(wěn)定且極易擴散，如發(fā)生污染后果將十分嚴重。趨利性容易讓人們忽視潛在的環(huán)境風險，盡早制定合理的環(huán)境預(yù)警方案才是可持續(xù)發(fā)展之大計。
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