在剛剛過(guò)去的2015年，石墨烯不僅搶占了新材料領(lǐng)域的“頭條”，還受到了眾多科研院校和企業(yè)的追捧，有關(guān)石墨烯的消息也頻頻出現在各大媒體。中國化工報記者了解到，僅2015年黑龍江省就有幾家企業(yè)相繼建廠(chǎng)，并與各大院校和科研院所合作開(kāi)展石墨烯項目。
在短短的十幾年時(shí)間內，人們不僅耳熟了石墨烯，也漸漸了解了石墨烯。那么，目前我國石墨烯發(fā)展現狀如何？何時(shí)才能真正實(shí)現工業(yè)化？我國石墨烯的發(fā)展存在哪些問(wèn)題？如何促進(jìn)石墨烯行業(yè)健康快速發(fā)展？帶著(zhù)這些問(wèn)題，中國化工報記者采訪(fǎng)了業(yè)內人士。
先導產(chǎn)業(yè)初打造
據復旦大學(xué)高分子科學(xué)系教授盧紅斌介紹，根據諾貝爾獎獲得者Geim和Novoselov的定義，石墨烯是指“具有蜂窩晶格結構的、單個(gè)碳原子厚度的二維碳膜”。然而，學(xué)術(shù)上有許多研究涉及多層堆積的石墨烯片層，因此，現在人們往往將其分為“單層石墨烯”和“少層石墨烯”（小于10層）”，而10層以上的人們通常稱(chēng)之為“石墨微片”。這應該是目前石墨烯國家標準中最終確定的定義，也是目前學(xué)術(shù)界廣泛接受的觀(guān)點(diǎn)。
清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授沈萬(wàn)慈介紹，繼2004年之后石墨烯在全世界都熱了起來(lái)，后來(lái)在國際會(huì )議上確定，1~10層公認為是石墨烯，超過(guò)10層以上的叫納米石墨片?，F在網(wǎng)絡(luò )上也有叫類(lèi)石墨烯產(chǎn)品或是多層石墨烯，其中類(lèi)石墨烯接近石墨烯，但不是石墨烯，多層石墨烯叫法也是錯誤的。真正充分表現石墨烯高強度、透光、導電性等特點(diǎn)，是越薄越明顯，尤其是單層最明顯。例如從透光率來(lái)說(shuō)，5層以上基本不透光。
沈萬(wàn)慈還介紹，目前石墨烯的制備方法基本有兩類(lèi)：一類(lèi)是以氧化還原技術(shù)為代表的剝離方法；另一種是氣相化學(xué)合成，也就是CVD方法。這兩類(lèi)產(chǎn)品不一樣，用途也不一樣。而目前用天然石墨等制備石墨烯，最多采用的是氧化還原法，用強氧化劑處理石墨成為氧化石墨，然后使之剝離分散成為氧化石墨烯，再經(jīng)還原以后才是石墨烯。氧化還原法制備的是石墨烯粉體和漿料等，通常計量單位為克、千克、噸等。采用CVD方法制備的是石墨烯膜，成本較高，但其利用價(jià)值也高。這類(lèi)產(chǎn)品的計量單位是平方米。真正能夠發(fā)揮石墨烯性能的，特別是在電子產(chǎn)品上有應用前途的是石墨烯膜，比如觸摸屏等都是由石墨烯膜制成。
《“十二五”期間中國石墨烯行業(yè)深度市場(chǎng)調研與投資戰略規劃分析報告》顯示，我國已申請了2200多項石墨烯專(zhuān)利技術(shù)，占世界石墨烯專(zhuān)利總數量的1/3。實(shí)際上，在“十二五”期間，我國各地政府已經(jīng)瞄準石墨烯這一新材料，并相繼成立了一系列石墨烯產(chǎn)業(yè)化基地，包括寧波石墨烯產(chǎn)業(yè)園、常州江南石墨烯研究院、無(wú)錫石墨烯產(chǎn)業(yè)化示范區、青島國際石墨烯創(chuàng )新中心和重慶石墨烯產(chǎn)業(yè)園。此外，多個(gè)省份如安徽、黑龍江、湖南等也已開(kāi)始著(zhù)手籌劃石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃。
經(jīng)過(guò)幾年的前期準備，我國已將石墨烯列入“十三五”重點(diǎn)發(fā)展的基礎新材料，一系列相關(guān)政策也于近期出臺。其中，工信部、發(fā)改委、科技部于2015年11月30日聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新發(fā)展的若干意見(jiàn)》（簡(jiǎn)稱(chēng)《意見(jiàn)》）提出，把石墨烯產(chǎn)業(yè)打造成先導產(chǎn)業(yè)，到2018年，石墨烯材料制備、應用開(kāi)發(fā)、終端應用等關(guān)鍵環(huán)節良性互動(dòng)的產(chǎn)業(yè)體系基本建立，產(chǎn)品標準和技術(shù)規范基本完善，開(kāi)發(fā)出百余項實(shí)用技術(shù)和樣品，推動(dòng)一批產(chǎn)業(yè)示范項目，實(shí)現石墨烯材料穩定生產(chǎn)以及在部分工業(yè)產(chǎn)品和民生消費品上的產(chǎn)業(yè)化應用。到2020年，形成完善的石墨烯產(chǎn)業(yè)體系，實(shí)現石墨烯材料標準化、系列化和低成本化，建立若干具有石墨烯特色的創(chuàng )新平臺，掌握一批核心應用技術(shù)，在多領(lǐng)域實(shí)現規?；瘧?；形成若干家具有核心競爭力的石墨烯企業(yè)，建成以石墨烯為特色的新型工業(yè)化產(chǎn)業(yè)示范基地。
可以預見(jiàn)，我國的石墨烯產(chǎn)業(yè)在“十三五”期間可望取得快速發(fā)展，并拉動(dòng)包括新能源、新材料以及交通運輸、電力等諸多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
攜手共推促發(fā)展
如何讓石墨烯產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展，是許多業(yè)內人士的目標，也是正在尋找和研究的方向。面對幾近瘋狂的炒作和急功近利的現象，在質(zhì)疑石墨烯產(chǎn)業(yè)化之路到底有多長(cháng)之時(shí)，業(yè)內專(zhuān)家紛紛提出了自己的建議。
就產(chǎn)業(yè)發(fā)展，沈萬(wàn)慈認為，所謂先導產(chǎn)業(yè)，就是石墨烯作為最基礎的新材料，帶動(dòng)下游產(chǎn)業(yè)應用，形成產(chǎn)業(yè)鏈。目前的主要任務(wù)是踏踏實(shí)實(shí)做好石墨烯應用研發(fā)工作，就是終端產(chǎn)品的研發(fā)。生產(chǎn)出終端產(chǎn)品，市場(chǎng)認可，有一定的需求量，哪怕一年幾百?lài)?，也能形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。他分析，前幾年在制備方法上做了很多研究，現在氧化還原方法已經(jīng)比較成熟，CVD制備石墨烯膜也達到一定的規模。但現在終端產(chǎn)品基本上都是樣品，比如觸摸屏、超級電容器、導電劑、海水凈化膜等，不是最終產(chǎn)品，沒(méi)有形成批量生產(chǎn)。一個(gè)材料如果沒(méi)有應用市場(chǎng)，不可能形成產(chǎn)業(yè)。所以，要特別加強技術(shù)研發(fā)，真正開(kāi)發(fā)出終端產(chǎn)品并被市場(chǎng)認可。
沈萬(wàn)慈指出，石墨烯應用的最重要領(lǐng)域是電子技術(shù)，在微電子技術(shù)向納電子技術(shù)的轉型中，石墨烯材料會(huì )起到主要作用。這方面的研究國內相對較少，需要加強。
劉榮華則認為，應該從國家層面統籌或規劃石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，每個(gè)地方應差異化發(fā)展，避免同質(zhì)化競爭，避免產(chǎn)能過(guò)剩。地方政府也可以整合當地科研機構資源，對接或服務(wù)這些石墨烯企業(yè)。此外，政府還應出臺相關(guān)政策來(lái)支持石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
北京有色金屬研究院總院高級工程師劉冠偉認為，氧化石墨烯以及石墨烯類(lèi)物質(zhì)從性能上來(lái)說(shuō)不算太出眾，想要制備出高附加值、高技術(shù)含量的產(chǎn)品比較困難。制備高性能的石墨烯材料，開(kāi)發(fā)真正的高端用途，可能更為符合國家希望依靠石墨烯實(shí)現做大做強中國工業(yè)，實(shí)現產(chǎn)業(yè)升級的期望。
針對石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，袁國輝也提出幾點(diǎn)建議：一是制定國家石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰略和規劃。在政府政策的引導下，搭建好若干產(chǎn)學(xué)研研發(fā)平臺或產(chǎn)業(yè)園區，有針對性的重點(diǎn)布局，重點(diǎn)攻關(guān)，避免重復投入和低水平重復性研究。一方面，要加強真正原創(chuàng )性的基礎研究和應用基礎研究；另一方面，高度重視面向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)和工程化研究。二是在有發(fā)展條件和研發(fā)基礎的地區，建立若干石墨烯工程技術(shù)中心，面向市場(chǎng)，重點(diǎn)研發(fā)各具特色的石墨烯產(chǎn)業(yè)化技術(shù)及產(chǎn)品，并進(jìn)行推廣。三是鼓勵石墨烯材料及相關(guān)產(chǎn)品的應用技術(shù)研發(fā)和商業(yè)化生產(chǎn)，可以采取多種措施，鼓勵具有研發(fā)和市場(chǎng)能力的企業(yè)做強做大，要扶植起若干具有全局性作用的龍頭企業(yè)。四是鼓勵具有一定規模、具備發(fā)展潛力的石墨烯企業(yè)進(jìn)入資本市場(chǎng)，利用市場(chǎng)的力量規范石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
同時(shí)，袁國輝還對黑龍江省發(fā)展石墨烯提出了具體建議：一是在全省一盤(pán)棋的思想下，規劃以哈爾濱為中心，建立石墨烯新技術(shù)、新材料、新應用研發(fā)，產(chǎn)業(yè)技術(shù)孵化基地，以雞西、鶴崗為兩翼，建立石墨烯及高端石墨新材料生產(chǎn)基地；二是以哈爾濱萬(wàn)鑫石墨谷產(chǎn)業(yè)園為載體，在哈爾濱市建立石墨烯產(chǎn)業(yè)研發(fā)及應用研究平臺，建設企業(yè)化運作、開(kāi)放式的石墨烯研發(fā)、檢測公共服務(wù)平臺；三是省政府應給予石墨烯產(chǎn)業(yè)非常規、高強度支持，設立專(zhuān)項資金給予石墨烯產(chǎn)業(yè)園區定向支持，同時(shí)搭建融資平臺優(yōu)先支持石墨烯產(chǎn)業(yè)；四是設立專(zhuān)項資金，支持天然石墨制備粉體石墨烯產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究和薄膜石墨烯制備關(guān)鍵技術(shù)研究，支持石墨烯產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及應用技術(shù)研究；五是以黑龍江省石墨類(lèi)新能源材料工程技術(shù)研究中心和貝特瑞—哈工大聯(lián)合實(shí)驗室為基礎，建設和申報國家級石墨新材料工程技術(shù)研發(fā)中心；六是設立專(zhuān)項資金，鼓勵企業(yè)參與相關(guān)石墨烯國家標準的制定工作，促進(jìn)黑龍江省石墨烯產(chǎn)業(yè)標準化建設。
概念炒作幫倒忙
雖然三部委的《意見(jiàn)》出臺時(shí)間不久，但石墨烯這一概念卻早已深入人心。國內外各大媒體相繼報道了石墨烯電池、手機屏等相關(guān)產(chǎn)品，一些企業(yè)紛紛把發(fā)展導向引向石墨烯。幾年時(shí)間里，石墨烯就已在國內以迅猛之勢發(fā)展起來(lái)，不覺(jué)讓人們驚奇石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度之快、產(chǎn)品性能之好。但是在這些“光環(huán)”和驚奇的背后，一些業(yè)內專(zhuān)家對此提出了質(zhì)疑。他們認為，目前石墨烯產(chǎn)業(yè)的這種“紅火”現象并不正常，而且石墨烯產(chǎn)業(yè)目前來(lái)說(shuō)是先導產(chǎn)業(yè)，還沒(méi)真正形成自己的產(chǎn)業(yè)，發(fā)展背后還存在著(zhù)一定困難和問(wèn)題。
首先，炒作、急功近利現象明顯?，F在只要隨意在互聯(lián)網(wǎng)上搜索石墨烯，就會(huì )有大篇幅有關(guān)石墨烯、石墨烯電池的報道撲面而來(lái)。沈萬(wàn)慈認為，現在對石墨烯炒作得太厲害，有些東西不太真實(shí)?，F在石墨烯產(chǎn)業(yè)確實(shí)正在發(fā)展，而且發(fā)展勢頭非常好，將來(lái)也會(huì )形成一個(gè)很大的產(chǎn)業(yè)。但是現在還沒(méi)有真正形成產(chǎn)業(yè)。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況看，目前制備石墨烯的技術(shù)基本具備，正在實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，如寧波墨烯、常州第六元素公司等，建了每年百?lài)嵓壣a(chǎn)線(xiàn)。不過(guò)真正的產(chǎn)量很有限，賣(mài)出去的產(chǎn)品更少，大多是送出去做實(shí)驗用。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院應用化學(xué)系教授袁國輝也認為，目前，國內的石墨烯研究存在太多急功近利的行為，也存在太多的炒作嫌疑。比如，我們經(jīng)?？梢栽诿襟w上看到與石墨烯有關(guān)的研究進(jìn)展和某種石墨烯產(chǎn)品的問(wèn)世，但實(shí)際進(jìn)展、產(chǎn)業(yè)化研發(fā)和市場(chǎng)情況并不樂(lè )觀(guān)。在石墨烯產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)發(fā)展上，存在一哄而上、炒作痕跡明顯的現象。
那么，是什么原因造成這種現象？業(yè)內人士分析稱(chēng)，一是石墨烯概念炒得太火，某些新聞媒體對石墨烯應用的報道存在偏差或夸大，缺乏客觀(guān)性，導致相關(guān)部門(mén)或企業(yè)對于石墨烯的認識存在誤區，造成一種好像很簡(jiǎn)單，“短平快”一夜暴富的氛圍。二是有個(gè)別企業(yè)想通過(guò)“引入”石墨烯，從而得到國家和政府的資金支持等。
沈萬(wàn)慈認為，不同于其他新材料產(chǎn)業(yè)，石墨烯是一個(gè)高速發(fā)展的領(lǐng)域，但同時(shí)也是處于成長(cháng)過(guò)程中的新領(lǐng)域，不是短時(shí)間內就能立竿見(jiàn)影看到效益。而這種一哄而上的現象，造成的最大危害則是上一大批低端同質(zhì)的項目，實(shí)際上技術(shù)、人才、資金都不靠譜，最終造成浪費，給石墨烯產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展幫倒忙。
中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會(huì )石墨專(zhuān)業(yè)委員會(huì )副秘書(shū)長(cháng)劉榮華也指出，目前全國有多個(gè)地方在規劃石墨烯生產(chǎn)基地，功能性都差不多，未來(lái)會(huì )出現同質(zhì)化競爭，最終導致價(jià)格競爭，不利于行業(yè)的發(fā)展。此外，目前大部分石墨烯企業(yè)經(jīng)濟實(shí)力很弱，基本都是科研院校的研究人員出來(lái)創(chuàng )業(yè)。而石墨烯產(chǎn)業(yè)是技術(shù)+資本密集型行業(yè)，這些企業(yè)持續投入研發(fā)，若沒(méi)有外來(lái)資本介入，這些石墨烯企業(yè)最終會(huì )退出該行業(yè)。
其次，產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)還需要經(jīng)受市場(chǎng)考驗。沈萬(wàn)慈指出，沒(méi)有長(cháng)時(shí)間批量生產(chǎn)的生產(chǎn)線(xiàn)都是不穩定的，如果有市場(chǎng)連續生產(chǎn)都會(huì )有問(wèn)題。所有產(chǎn)業(yè)都是這樣，第一批樣品出來(lái)以后，在運行過(guò)程中都會(huì )不斷地出現問(wèn)題，不斷改進(jìn)，最后才能形成成熟的技術(shù)及設備。
盧紅斌認為，多數企業(yè)采用的規?；苽浼夹g(shù)需進(jìn)一步完善，這體現在多個(gè)方面，如產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保壓力、工藝過(guò)程優(yōu)化和批次穩定性以及下游創(chuàng )新性應用的開(kāi)發(fā)與推廣。雖然石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈初步形成，但盈利能力不足，這往往和技術(shù)革新進(jìn)步以及企業(yè)運營(yíng)模式密切相關(guān)，研發(fā)投入普遍不足。
再次，目前石墨烯生產(chǎn)企業(yè)多是小企業(yè)，且融資困難，在很大程度上制約著(zhù)企業(yè)的快速發(fā)展。資本介入現階段仍存疑慮，觀(guān)望中居多。“從產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)的企業(yè)看，國外長(cháng)期系統性石墨烯研究的大多是具有雄厚實(shí)力的大企業(yè)，或者是在政府支持下進(jìn)行的系統性研發(fā)，如三星、LG、IBM等國際大公司都投入大量的人力和物力，對石墨烯進(jìn)行長(cháng)期的系統研究。歐盟更是投入巨資，將石墨烯研究列入未來(lái)新興旗艦技術(shù)項目，并設立專(zhuān)項研發(fā)計劃，該計劃將在未來(lái)10年內獲得10億歐元的經(jīng)費。而國內多是小作坊式的企業(yè)，真正有雄厚科研實(shí)力的大型上市公司的直接參與還較少，缺乏龍頭企業(yè)的引導以及雄厚的人力、物力和財力基礎來(lái)支撐。”袁國輝這樣表示。
因此，石墨烯產(chǎn)業(yè)化還需要一段時(shí)間才能實(shí)現。沈萬(wàn)慈認為，去年年末出臺的《意見(jiàn)》中指出把石墨烯打造成先導產(chǎn)業(yè)，但還沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)。當前是從實(shí)驗室走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵時(shí)期，并沒(méi)有走向產(chǎn)業(yè)化，短期內成支柱產(chǎn)業(yè)還不太可能。
盧紅斌也分析稱(chēng)，石墨烯制備技術(shù)雖已成熟，但是在石墨烯陸續投放市場(chǎng)時(shí)，還會(huì )經(jīng)受市場(chǎng)的考驗；針對下游應用領(lǐng)域，科研人員還要進(jìn)一步完善和優(yōu)化技術(shù)，針對每一個(gè)應用領(lǐng)域的要求，優(yōu)化每一個(gè)石墨烯產(chǎn)品的性能和穩定性。但這個(gè)過(guò)程不是短暫就能實(shí)現的，而是需要若干年的積累。
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