工業(yè)化批量制備的石墨烯各項性能和理想狀態(tài)差距大，“一片石墨烯能撐起一頭大象”的預期還實(shí)現不了。
一次美國走訪(fǎng)學(xué)習的經(jīng)歷，讓工信部賽迪研究院原材料所所長(cháng)肖勁松陷入沉思：“中美在石墨烯發(fā)展方面有很大差異，跟國內的狂熱相比，美國很多理性的認知對我們來(lái)說(shuō)甚至是具有顛覆性的。”
作為一種前沿材料，石墨烯近年來(lái)在我國發(fā)展迅速，企業(yè)數量不斷增加。與此同時(shí)，各地也積極出臺相關(guān)政策推動(dòng)石墨烯行業(yè)的發(fā)展。在今年1月舉行的國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會(huì )上，就有5個(gè)石墨烯相關(guān)項目獲獎。
但是，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)似乎又陷入了一種毀譽(yù)參半的尷尬境地。相比美國，我國石墨烯應用方向更趨于復合材料、功能材料等低端化領(lǐng)域。不僅如此，我國雖有很多企業(yè)都聲稱(chēng)已實(shí)現石墨烯大規模生產(chǎn)，但市場(chǎng)卻頻繁遇冷，企業(yè)盈利更是遙遙無(wú)期。
“當前，國內轟轟烈烈的大躍進(jìn)式的石墨烯運動(dòng)是不可取的。未來(lái)的石墨烯行業(yè)是建立在石墨烯材料的殺手锏級應用基礎之上，而不是作為一個(gè)萬(wàn)金油式的添加劑。”針對國內陷入“七年之癢”的石墨烯行業(yè)，北京石墨烯研究院執行院長(cháng)魏迪提醒道。
中美差異的反思
石墨烯發(fā)現者2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎后，全球就掀起了石墨烯研發(fā)熱潮。但是，公眾對石墨烯新材料的熱捧，也導致了石墨烯產(chǎn)業(yè)虛火過(guò)旺。相比美國，我國石墨烯更是呈現出一片虛假繁榮的景象。
實(shí)際上，石墨烯本來(lái)就存在于自然界，只是難以剝離出單層結構。鉛筆在紙上輕輕劃過(guò)，留下的痕跡就可能是很多層石墨烯。當時(shí)獲得諾貝爾獎的專(zhuān)家發(fā)現了石墨烯強度高、韌性強等優(yōu)異性能，主要就是體現在單層結構上。
“石墨烯在單層結構上隨著(zhù)層數的增加，諸多優(yōu)越性都將降低。10層以上性能就大打折扣，甚至都不能再稱(chēng)為石墨烯。”肖勁松表示，“美國強調的就是單層石墨烯，而我國把10層以下的都稱(chēng)為石墨烯，甚至把類(lèi)石墨烯的產(chǎn)品也叫石墨烯，魚(yú)目混珠的現象比較嚴重。”
除了概念與標準的不同，在制備方法上中美也有差異。肖勁松表示，美國主要采用化學(xué)氣相沉積法和外延生長(cháng)法，這兩種方法雖然生產(chǎn)成本高且不容易量產(chǎn)，但是卻能夠制備出高品質(zhì)的單層石墨烯。我國雖然在研發(fā)上也有采用上述兩種方法，但在產(chǎn)業(yè)化上，90%都是采用成本低、可大規模生產(chǎn)的氧化還原法。
肖勁松通過(guò)調研美國相關(guān)機構發(fā)現，美國對石墨烯有一個(gè)技術(shù)程度評價(jià)的等級，1~4級屬于實(shí)驗室研發(fā)階段，5~6級屬于逐漸趨向于產(chǎn)業(yè)化階段，7~9級才屬于技術(shù)較成熟的產(chǎn)業(yè)化階段。美國產(chǎn)業(yè)界普遍認為，目前石墨烯仍以實(shí)驗室研發(fā)階段為主，技術(shù)成熟度為3~4級，尚不適合大規模生產(chǎn)，整個(gè)石墨烯市場(chǎng)仍處于萌芽狀態(tài)。
而反觀(guān)中國，大部分科研院所都急于將并不成熟的技術(shù)推向市場(chǎng)，很多企業(yè)都聲稱(chēng)石墨烯已經(jīng)實(shí)現大規模生產(chǎn)，地方政府也通過(guò)制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃設立產(chǎn)業(yè)基金，建立產(chǎn)業(yè)園區、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等，加大產(chǎn)業(yè)化應用推廣。但實(shí)際上，企業(yè)大規模盈利仍然遙遙無(wú)期。
另外，北京國知專(zhuān)利預警咨詢(xún)有限公司總經(jīng)理于立彪表示，在專(zhuān)利數量上，雖然我國與美國都位列前三甲，但美國的專(zhuān)利質(zhì)量水平普遍很高，且申請主體以IBM、英特爾等大型跨國公司為主。而我國專(zhuān)利申請主體以高校、科研院所為主，企業(yè)僅占30%左右。
肖勁松也指出，美國專(zhuān)利布局重點(diǎn)在集成電路、晶體管、傳感器、信息存儲、增強復合材料等領(lǐng)域，注重對整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的全面布局和保護。而我國很多是為了專(zhuān)利而專(zhuān)利，整體重量輕質(zhì)，近半數集中在復合材料領(lǐng)域，其次為儲能水處理器、傳感器，缺乏系統性。
尋找殺手锏級應用
目前，資本對于石墨烯的熱情正在退潮，很多第一批關(guān)注石墨烯的企業(yè)也在逐漸淡出。“工業(yè)化批量制備的石墨烯的各項性能和理想狀態(tài)差距很大，所謂‘一片石墨烯能撐起一頭大象’‘一克石墨烯展開(kāi)可鋪滿(mǎn)一個(gè)足球場(chǎng)’等的預期，基本都實(shí)現不了。”中關(guān)村石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書(shū)長(cháng)班建偉說(shuō)。
針對我國石墨烯產(chǎn)業(yè)的處境，在近日召開(kāi)的“2018中國國際石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇暨中關(guān)村石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟年會(huì )”上，肖勁松提醒，一定要謹防我國石墨烯行業(yè)陷入低端陷阱。
“從國家層面，整個(gè)石墨烯產(chǎn)業(yè)要朝著(zhù)附加值高的方向發(fā)展，別折騰到最后都是為別人做嫁衣。國內的石墨賣(mài)五六千元一噸，結果出口到日本經(jīng)過(guò)加工再買(mǎi)回來(lái)，就成了6萬(wàn)多元一噸。”肖勁松指出。
對于石墨烯的應用，壹行研創(chuàng )始人厲俊介紹道，其主要有三大領(lǐng)域，一是電子領(lǐng)域，包括透明導電膜、柔性電子器件、傳感器等；二是儲能領(lǐng)域，包括超級電容、太陽(yáng)能電池等；三是傳統的賦能材料，使材料具有散熱、抗摩擦、抗腐蝕等性能。
魏迪表示，當前，國內市場(chǎng)上包括服飾、涂料、復合材料、吸附潤滑產(chǎn)品以及石墨烯鋰電、石墨烯手機觸摸屏等，都代表著(zhù)我國石墨烯的主流產(chǎn)品，但與國外相比仍然有所滯后。
“歐盟石墨烯旗艦計劃啟動(dòng)了17個(gè)新的石墨烯研究項目，他們關(guān)注的是石墨烯的超級汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)傳感器、可穿戴設備和健康管理、數據通信、能源技術(shù)以及復合材料等前沿、未來(lái)的領(lǐng)域。”魏迪說(shuō)。
在肖勁松看來(lái)，我國石墨烯急需找到殺手锏級的應用和特殊利用的市場(chǎng)，為此他建議我國要重新審視和評估石墨烯行業(yè)發(fā)展的方向和階段，避免方向性的錯誤和偏差，盡快研究制定我國石墨烯技術(shù)成熟路線(xiàn)圖。
在肖勁松看來(lái)，我國石墨烯行業(yè)的研究重點(diǎn)應該與國家重大戰略相一致，圍繞新一代信息技術(shù)、航空航天設備、新能源等領(lǐng)域進(jìn)行前瞻性布局。
產(chǎn)業(yè)這把火怎么燒
“我國石墨烯行業(yè)在國際上有相對競爭優(yōu)勢，是處于第一梯隊的一棵產(chǎn)業(yè)苗子。但終究還是棵苗，需要產(chǎn)業(yè)界、投資界、測試服務(wù)界等各方共同努力，把產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)起來(lái)。”北京市科委新材料發(fā)展中心主任肖瀾表示，產(chǎn)業(yè)這把火燒起來(lái)容易，但是熄滅也快，還需要不斷投入“真金白銀”。
肖瀾認為，從科研創(chuàng )新的角度來(lái)說(shuō)，石墨烯要取得應用上的突破是一個(gè)艱難的馬拉松長(cháng)跑，要想把石墨烯獨特的使用性能展現出來(lái)，還需要全國甚至全球的科學(xué)家們共同努力。“尤其是在石墨烯薄膜材料上，一旦攻關(guān)完成，石墨烯行業(yè)會(huì )產(chǎn)生劇變，甚至質(zhì)變。”
對于企業(yè)方而言，湖南醫家智烯新材料科技股份有限公司副總裁吳顏吉更希望政府和投資人不要急功近利。北京綠能嘉業(yè)董事長(cháng)兼總裁王敏也表示，“我們要沉得住氣，不管是在神壇之上還是神壇之下，企業(yè)就應該做企業(yè)該做的事。”
工信部人才交流中心副主任色云峰也表示，工信部將通過(guò)人才培育工程的實(shí)施，進(jìn)一步夯實(shí)我國石墨烯產(chǎn)業(yè)基礎，培養一批具備現代化視野的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才和龍頭企業(yè)，推動(dòng)我國石墨烯新材料產(chǎn)業(yè)領(lǐng)跑全球。
來(lái)源：《中國科學(xué)報》
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