中國現在處于“石墨烯淘金熱”中，全國各地都在做石墨烯產(chǎn)業(yè)，石墨烯這個(gè)詞幾乎家喻戶(hù)曉。作為如此火爆的“網(wǎng)紅”，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路到底該怎么走?怎么才能走得更穩健、更長(cháng)遠?這些應該是科技界和產(chǎn)業(yè)界思考的問(wèn)題。
石墨烯號稱(chēng)“新材料之王”，是一種二維蜂窩狀純碳材料，集眾多特性于一身。它是目前最薄、最輕的材料，同時(shí)也是最強、最堅硬的材料。雖然石墨很軟，但是單層的石墨烯材料甚至比金剛石還硬。我們所熟知的金剛石導熱性很好，熱導率在2000W/mK（導熱系數）左右，而石墨烯的熱導率達到5300W/mK。石墨烯還兼具柔性、透明等特性，而且只有質(zhì)子能夠穿透。這些優(yōu)良的特性賦予了石墨烯材料極為廣闊的應用前景，也是吸引全世界眼球的根本原因。
石墨烯價(jià)值理想豐滿(mǎn)但現實(shí)骨感
中國擁有全世界最為龐大的石墨烯研發(fā)隊伍，從2011年起發(fā)表的學(xué)術(shù)論文數量就穩居世界第一。中國申請的石墨烯專(zhuān)利數量也高居全球榜首，呈遙遙領(lǐng)先之勢。
目前，中國正在掀起一場(chǎng)轟轟烈烈的石墨烯產(chǎn)業(yè)化運動(dòng)。全國有將近20家石墨烯產(chǎn)業(yè)園，這個(gè)數字還在增長(cháng)。無(wú)論是發(fā)達地區，還是偏遠地區，都在建石墨烯產(chǎn)業(yè)園，這讓人想起1958年大躍進(jìn)時(shí)期的“大煉鋼鐵”運動(dòng)。
其實(shí)，對于石墨烯材料來(lái)說(shuō)，理想與現實(shí)差距很大。理想的石墨烯具有完美的蜂窩狀結構，而現實(shí)的石墨烯就像一件破衣服，由無(wú)數個(gè)石墨烯微片拼接而成。石墨烯上有很多缺陷，還有很多臟東西。因此，現實(shí)制備出來(lái)的石墨烯材料性能沒(méi)有那么好，價(jià)值也沒(méi)有那么高。套用一句網(wǎng)絡(luò )語(yǔ)言，就是“理想很豐滿(mǎn)，現實(shí)很骨感”。
石墨烯材料需持續投入更需耐心
我們可以看不懂未來(lái)，但是可以回顧歷史，溫故而知新。大家所熟悉的碳纖維研發(fā)歷史很有借鑒意義。1961年，大阪工業(yè)技術(shù)試驗所進(jìn)藤昭男發(fā)明聚丙烯腈基碳纖維制備技術(shù)，十年后的1971年日本東麗公司率先實(shí)現工業(yè)化量產(chǎn)，每月1噸的規模。東麗公司沿著(zhù)T300、T800、T1000的標號之路不斷提升碳纖維的質(zhì)量，投入了1400多億日元研發(fā)資金，直到2003年贏(yíng)得波音787合同后，才真正扭虧為盈。實(shí)際上，早年的碳纖維只能做釣魚(yú)桿，而現在的碳纖維已成為先進(jìn)航空器的支撐材料。同樣叫碳纖維，但是東西不一樣，強度完全不一樣。相信石墨烯材料也會(huì )走同樣的路，需要時(shí)間的積淀，需要持續的投入，更需要耐心。
石墨烯制備決定其未來(lái)不盡相同
制備決定未來(lái)?，F在的石墨烯并不等同于未來(lái)的石墨烯。
石墨烯可以分成兩大類(lèi)，粉體石墨烯和薄膜石墨烯，制備方法不同，用途也完全不同。從大規模生產(chǎn)的角度講，粉體石墨烯通常從石墨出發(fā)制備，通過(guò)一系列的物理化學(xué)過(guò)程把石墨烯從塊體石墨上剝離下來(lái)。這種石墨烯一般質(zhì)量較差，但產(chǎn)量很大，也比較便宜。目前國內產(chǎn)能已達到7000噸規模，實(shí)際產(chǎn)量也就百?lài)嵰幠！?br />
化學(xué)氣相沉積方法是規?；苽浔∧な┑耐ㄓ眉夹g(shù)，所得到的石墨烯質(zhì)量很高，當然也比較貴，目前國內產(chǎn)能已達到年產(chǎn)百萬(wàn)平米量級。北京大學(xué)在高質(zhì)量石墨烯制備方面做了大量的研究探索，在標號石墨烯薄膜、三維粉體石墨烯、超級石墨烯玻璃以及超級石墨烯光纖等研究領(lǐng)域取得一系列重要突破。
需要關(guān)注引領(lǐng)未來(lái)的核心技術(shù)
未來(lái)的石墨烯產(chǎn)業(yè)會(huì )是一塊大蛋糕。當然，這塊蛋糕我們能夠切到多少是個(gè)未知數。取決于我們現在關(guān)注什么，我們需要關(guān)注的是引領(lǐng)未來(lái)的核心技術(shù)，而不僅僅是今天的產(chǎn)品。當然，從一個(gè)實(shí)驗室材料和技術(shù)走到產(chǎn)業(yè)需要很長(cháng)的路，需要投入、堅持和耐心。
中國擁有最龐大的石墨烯研究隊伍，但是非常分散，基本上是小作坊式的。到處搞石墨烯產(chǎn)業(yè)園的做法，大部分是簡(jiǎn)單重復，缺少技術(shù)含量，急功近利現象非常嚴重。
很多人誤認為石墨烯產(chǎn)業(yè)會(huì )很快走向大規?？焖侔l(fā)展階段，實(shí)際上并非如此。根據高德納公司（Gartner）的技術(shù)成熟度曲線(xiàn)，實(shí)際上石墨烯產(chǎn)業(yè)仍處于早期階段，很快就會(huì )進(jìn)入死亡谷，這時(shí)候最需要的是堅持、企業(yè)遠見(jiàn)和國家意志。碳纖維從小批量生產(chǎn)到現在已有45年，而石墨烯只有12年的歷史，的的確確跑得有點(diǎn)快了。石墨烯產(chǎn)業(yè)畢竟是實(shí)體產(chǎn)業(yè)，絕不會(huì )像互聯(lián)網(wǎng)那樣一“忽悠”就起來(lái)。
當然，我們也看到了希望。北京市剛剛啟動(dòng)了石墨烯專(zhuān)項，跨度是十年，從“十三五”到“十四五”規劃。我們的布局絕不僅僅是今天的產(chǎn)品，重點(diǎn)是未來(lái)的核心技術(shù)研發(fā)。
北京市的另一個(gè)重要舉措是成立北京石墨烯研究院，希望該研究院能夠引領(lǐng)石墨烯產(chǎn)業(yè)的未來(lái)。這個(gè)研究院生產(chǎn)的是技術(shù)以及技術(shù)派生出來(lái)的企業(yè)群，還有最終的石墨烯產(chǎn)業(yè)，而不是今天的產(chǎn)品。
石墨烯產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的三大可能
石墨烯行業(yè)究竟前途無(wú)量還是曇花一現?首先，制備決定未來(lái)，尤其重要的是要有工匠精神。無(wú)論是什么新材料，如果我們能夠做到幾十年如一日地堅持研發(fā)，以中國人的聰明才智肯定能夠做好。但是目前的做法常常不是這樣，急功近利，短平快地賺錢(qián)而已。另外，石墨烯材料需要找到殺手锏級的用途，而不是萬(wàn)金油式的應用。期待超級石墨烯玻璃能夠成為其中的殺手锏級應用產(chǎn)品。
很多人問(wèn)石墨烯究竟能走多遠，我給出了三種可能的前途：
第一種類(lèi)似于碳纖維。相信只要石墨烯原材料制造水平不斷提升，至少會(huì )像碳纖維那樣，成為某個(gè)特定行業(yè)的殺手锏級材料。
第二種類(lèi)似于塑料。一百多年前人們發(fā)明了塑料，現在你離不開(kāi)它，我們難以想象沒(méi)有塑料的生活是什么樣子。石墨烯有沒(méi)有這樣的可能呢?的確有可能，因為用途非常廣泛。
第三種類(lèi)似于硅芯片?？梢哉f(shuō)現在是硅時(shí)代，因為硅改變了人類(lèi)的精神生活。石墨烯或許也有這個(gè)可能。
回顧人類(lèi)文明的發(fā)展歷史，從石器時(shí)代、青銅器時(shí)代到鋼鐵時(shí)代，現在可以說(shuō)進(jìn)入了硅時(shí)代。未來(lái)說(shuō)不定會(huì )有“石墨烯時(shí)代”，讓我們一起期待并參與推進(jìn)這個(gè)新時(shí)代的到來(lái)。
（作者系北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授、中國科學(xué)院院士）
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