黃芳芳

6年前，石墨烯的發(fā)現(xiàn)者安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。自此，有著“黑金”和超級(jí)材料之稱(chēng)的石墨烯以絢麗的姿態(tài)在全世界掀起了研發(fā)熱潮，尤其是在中國(guó)政府的高度重視下，國(guó)內(nèi)的高校、科研院所、企業(yè)、資本都在積極探尋石墨烯背后的機(jī)會(huì)。

石墨烯開(kāi)啟二維材料之窗

在科技突飛猛進(jìn)的今天，如果沒(méi)有適宜的材料做支撐，科技難以轉(zhuǎn)化為理想中的實(shí)際成果，更談不上大規(guī)模應(yīng)用。因而，科技與材料結(jié)合的矛盾，深深地困擾著我們。

“我們渴望一種絢麗的超級(jí)材料，具有多種優(yōu)異性能的石墨烯帶給人們無(wú)限的遐想?！便y基烯碳新材總裁范志明告訴《經(jīng)濟(jì)》記者。石墨烯是由一個(gè)碳原子與周?chē)齻€(gè)近鄰碳原子結(jié)合形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳原子單層。2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)教授安德烈·海姆和學(xué)生康斯坦丁·諾沃肖洛夫合作，用透明膠帶將石墨烯從石墨中剝離出來(lái)。正是它打破了二維材料在常溫壓下不穩(wěn)定的“定論”。

“過(guò)去我們研究的都是三維材料，石墨烯為人類(lèi)打開(kāi)了二維材料之窗”，這一點(diǎn)甚至比石墨烯本身更具價(jià)值，而它往往被忽略了，江南石墨烯研究院院長(zhǎng)張朝暉在接受《經(jīng)濟(jì)》記者采訪時(shí)表示。目前國(guó)外的科研團(tuán)隊(duì)在其他二維材料的研究上投入了很大的人力和物力。盡管?chē)?guó)內(nèi)也有科研團(tuán)隊(duì)在研究其他二維材料，但大部分精力主要集中在石墨烯的研究上。

事實(shí)上，石墨烯熱也催生了硫化鉬、黑磷等二維材料的學(xué)術(shù)熱，中科院山西煤化所石墨烯與新能源材料課題組長(zhǎng)陳成猛告訴《經(jīng)濟(jì)》記者，目前石墨烯已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化軌道，而其他二維材料大多仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)石墨烯專(zhuān)利和論文位居全球首位，也反映出國(guó)內(nèi)石墨烯的科研熱。張朝暉認(rèn)為，石墨烯的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究并非易事，需要長(zhǎng)期、系統(tǒng)性的研究?！澳壳皣?guó)內(nèi)發(fā)表的論文很多，深究起來(lái)卻發(fā)現(xiàn)不少論文缺乏系統(tǒng)性?！庇行┛蒲腥藛T可能疲于爭(zhēng)取科研經(jīng)費(fèi)，需要不斷地想出新點(diǎn)子，導(dǎo)致基礎(chǔ)研究缺乏連貫性，猶如修了很多斷頭路，對(duì)產(chǎn)業(yè)界沒(méi)有太大的促進(jìn)作用。在科研熱的背景下，張朝暉建議科研人員應(yīng)踏踏實(shí)實(shí)地做研究，懂得放長(zhǎng)線釣大魚(yú)的道理。

政策熱推動(dòng)了石墨烯產(chǎn)業(yè)

國(guó)內(nèi)科研熱也折射出國(guó)家政策熱。

習(xí)近平總書(shū)記曾在兩年內(nèi)3次考察調(diào)研石墨烯，并在參觀英國(guó)曼徹斯特大學(xué)國(guó)家石墨烯研究院時(shí)指出，“中國(guó)是石墨資源大國(guó)，也是石墨烯研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)最活躍的國(guó)家之一”。

《中國(guó)制造2025》、《“納米科技”十三五重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)》、《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略》等多次提到石墨烯。三部委出臺(tái)的《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見(jiàn)》明確指出，到2020年，要形成完善的石墨烯產(chǎn)業(yè)體系。范志明告訴記者，國(guó)內(nèi)石墨烯熱主要是由國(guó)家政策推動(dòng)的。中國(guó)是制造業(yè)大國(guó)、材料大國(guó)，同時(shí)也是石墨大國(guó)。提前對(duì)學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)進(jìn)行布局，有可能讓中國(guó)在石墨烯領(lǐng)域彎道超車(chē)，跨入世界前沿。“這是石墨烯被中國(guó)列為戰(zhàn)略性新材料的原因之一。”

國(guó)家納米科學(xué)中心研究員智林杰告訴《經(jīng)濟(jì)》記者，在發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，可以促進(jìn)與石墨烯相關(guān)聯(lián)的其他產(chǎn)業(yè)與技術(shù)的進(jìn)步，具有以點(diǎn)帶面的作用。我國(guó)雖是石墨大國(guó)，遺憾的是我國(guó)石墨產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)水平比較落后，至今尚未引起業(yè)界的高度重視。這可能對(duì)未來(lái)石墨烯的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，尤其是高端石墨烯的產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響，也可能導(dǎo)致中國(guó)在未來(lái)的石墨烯產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中失去定價(jià)權(quán)。

國(guó)內(nèi)各省市也在逐漸重視發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)。江蘇常州和山東青島是石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展較早的兩個(gè)城市，已成為兩個(gè)國(guó)家級(jí)的石墨烯產(chǎn)業(yè)化基地。此外，浙江寧波、廣東深圳等城市的起步也較早。目前，石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正在從沿海向內(nèi)陸進(jìn)行蔓延，四川、內(nèi)蒙古、廣西、寧夏等省區(qū)也在大力發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)。

北京在石墨烯領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)展了一系列工作。其中北京市科委啟動(dòng)了《石墨烯科技創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)（2016-2025）》，力爭(zhēng)在石墨烯材料制備及應(yīng)用等領(lǐng)域取得重大突破，搶占全球石墨烯科技制高點(diǎn)。此外，北京還在積極籌建北京石墨烯研究院。中關(guān)村豐臺(tái)科技園正在建設(shè)石墨烯產(chǎn)業(yè)園。

高質(zhì)量石墨烯仍稀缺

在石墨烯的實(shí)際應(yīng)用上，制備技術(shù)是關(guān)鍵。當(dāng)初無(wú)法大規(guī)模制備石墨烯的困擾已不復(fù)存在。

石墨烯材料分為石墨烯粉體和石墨烯薄膜兩種，目前已形成了較為成熟的制備體系，總體品質(zhì)也在不斷上升。然而，制備兼具高質(zhì)量、低成本、過(guò)程綠色的石墨烯仍存在技術(shù)壁壘。陳成猛告訴記者，2012年之前，科研級(jí)粉體樣品的成本每克高達(dá)上千元。目前采用氧化還原法制備的高品質(zhì)石墨烯粉體的成本已降至10-50元/克。與過(guò)去相比，采用化學(xué)法制備石墨烯粉體的價(jià)格有了大幅的下降，若替代傳統(tǒng)材料，在價(jià)格上仍缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。

智林杰告訴記者，目前普遍采用的化學(xué)法制備石墨烯的工藝技術(shù)會(huì)產(chǎn)生廢液及化學(xué)品，存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。陳成猛表示，目前主要排放的污染物是廢水，廢氣和廢渣較少，可通過(guò)成熟的無(wú)害化方式進(jìn)行處理。再者，石墨烯作為新材料，與傳統(tǒng)的大化工相比，其生產(chǎn)規(guī)模小得多，廢水排量也較小。

總體而言，一般業(yè)界認(rèn)為，超過(guò)10層便不具備石墨烯材料的優(yōu)異特性。如何讓石墨烯剝離得更?。咳绾伪Ｕ鲜┊a(chǎn)品純度，盡量減少其中游離的金屬、灰分及各種雜質(zhì)，仍是兩道技術(shù)難題?！澳壳耙呀鉀Q了石墨烯產(chǎn)量的問(wèn)題，但制備高質(zhì)量、品質(zhì)一致性、低成本的石墨烯，未來(lái)仍有大量的工作要做。”

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有助于產(chǎn)業(yè)正本清源

陳成猛指出，市面上存在以石墨粉、膨脹石墨、炭黑來(lái)假冒石墨烯，或者炒概念的偽劣石墨烯的現(xiàn)象，甚至有些企業(yè)虛夸產(chǎn)能，導(dǎo)致石墨烯材料表面的產(chǎn)能過(guò)剩?！霸诋a(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，質(zhì)量和效益應(yīng)該放在首位，而不應(yīng)好大喜功?！彼J(rèn)為，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定將對(duì)石墨烯產(chǎn)業(yè)起到正本清源的作用，讓虛假的石墨烯喪失立足之地。

全國(guó)納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)納米材料分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)戴石鋒在接受《經(jīng)濟(jì)》記者采訪時(shí)表示，我國(guó)自2014年9月起，正式開(kāi)啟石墨烯相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，其中包括倍受行業(yè)廣泛關(guān)注的《石墨烯材料的術(shù)語(yǔ)、定義及代號(hào)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定。經(jīng)過(guò)近兩年國(guó)內(nèi)專(zhuān)家、學(xué)者的集體努力，目前石墨烯術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)已于今年9月正式通過(guò)了委員會(huì)審查，正進(jìn)入最后的報(bào)批階段。石墨烯術(shù)語(yǔ)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有望在2016年年底發(fā)布。

“石墨烯術(shù)語(yǔ)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，作為國(guó)內(nèi)首個(gè)石墨烯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，我們?cè)诳茖W(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、普適的基礎(chǔ)上提出石墨烯相關(guān)系列術(shù)語(yǔ)和定義，希望能夠得到學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的共同認(rèn)可，力爭(zhēng)使中外專(zhuān)家對(duì)這些概念的理解一致，為產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)交流、貿(mào)易提供統(tǒng)一的科技術(shù)語(yǔ)?！贝魇h如是說(shuō)。

事實(shí)上，未來(lái)石墨烯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的正式問(wèn)世，不僅有助于用戶和非專(zhuān)業(yè)人士識(shí)別真正的石墨烯，更有利于石墨烯產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

石墨烯不再是“萬(wàn)金油”

石墨烯被譽(yù)為新材料產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠，因?yàn)樗喾N辯證的優(yōu)異性能于一身。范志明指出，它既具有超高的強(qiáng)度，又具備良好的柔性。石墨烯是所測(cè)量的材料中強(qiáng)度最高的材料，比鋼鐵堅(jiān)硬200倍。但它像布料一樣柔軟，可以進(jìn)行彎曲，扭轉(zhuǎn)成為不同的外形。石墨烯既可以作為導(dǎo)體材料，又可以作為半導(dǎo)體材料。它是已知物體中室溫導(dǎo)電率最高的材料，比最好的導(dǎo)體金屬如金或銅高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)，石墨烯還可以通過(guò)摻雜，在一定程度上打開(kāi)帶隙，有望成為取代硅的下一代半導(dǎo)體材料。此外，石墨烯既可以制備成透明的材料，又可以制備成不透明的材料。單層石墨烯的透光性達(dá)到了97.7%，而隨著層數(shù)的增加，多層石墨烯則為黑色。

正是基于上述優(yōu)點(diǎn)，石墨烯也被喻為“萬(wàn)能材料”，人們希望它能適用于各個(gè)領(lǐng)域，也催生了“石墨烯+”的概念，如“石墨烯+塑料”、“石墨烯+電池”等。陳成猛指出，當(dāng)前科研界和產(chǎn)業(yè)界形成了一些共識(shí)，即石墨烯并非“萬(wàn)金油”，而是在特定的適用領(lǐng)域才能夠更好地發(fā)揮它的特性。石墨烯正在向新能源、軍事國(guó)防、健康醫(yī)療等不同的應(yīng)用領(lǐng)域滲透，但尚未出現(xiàn)真正成熟的商品。“在超級(jí)電容器、導(dǎo)電油墨、防腐涂料和功能塑料等傳統(tǒng)領(lǐng)域，石墨烯的價(jià)值正逐步顯現(xiàn)并開(kāi)始獲得市場(chǎng)的認(rèn)可，比其在微電子芯片等高端領(lǐng)域可能會(huì)走得更快?！?/p>

智林杰認(rèn)為，石墨烯薄膜在國(guó)內(nèi)的規(guī)模化生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)在穩(wěn)步前進(jìn)，但在目前階段，其性價(jià)比仍然難以與市場(chǎng)上已有產(chǎn)品形成有效的競(jìng)爭(zhēng)。不過(guò)在石墨烯薄膜的柔性應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)逐漸在出現(xiàn)一些值得肯定的應(yīng)用產(chǎn)品，如石墨烯柔性觸摸屏等。在加熱、散熱應(yīng)用領(lǐng)域，石墨烯存在與現(xiàn)有市場(chǎng)產(chǎn)品沒(méi)有明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的問(wèn)題。不過(guò)在某些應(yīng)用領(lǐng)域，如石墨烯用于紡織品保溫保健功能等產(chǎn)品，逐漸表現(xiàn)出一定的市場(chǎng)價(jià)值。

石墨烯產(chǎn)業(yè)仍處于概念期

張朝暉告訴記者，從技術(shù)成熟度曲線角度來(lái)看，石墨烯還處于向頂峰爬坡階段。因而大家更看重石墨烯這3個(gè)字的價(jià)值。待越過(guò)頂峰后，如何真正解決用戶的需求才逐漸受到重視。

從互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展規(guī)律來(lái)看，2009-2010年互聯(lián)網(wǎng)概念達(dá)到頂峰，而當(dāng)時(shí)互聯(lián)網(wǎng)的速度非常慢。“當(dāng)某項(xiàng)技術(shù)在概念期時(shí)，其產(chǎn)品并不好用，企業(yè)和產(chǎn)業(yè)也沒(méi)有大規(guī)模地成熟起來(lái)，只是人們對(duì)它的預(yù)期很大”，范志明認(rèn)為，目前石墨烯產(chǎn)業(yè)仍然處于產(chǎn)業(yè)生命周期的概念期階段。

從石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)律來(lái)看，未來(lái)石墨烯產(chǎn)業(yè)將經(jīng)歷先熱后冷到再熱的過(guò)程。當(dāng)石墨烯產(chǎn)業(yè)的泡沫被刺破后，整個(gè)行業(yè)會(huì)冷下來(lái)，也會(huì)死掉一批企業(yè)。此后一批精英人才將進(jìn)行新一輪的有效聚集，催生下一輪的產(chǎn)業(yè)熱。在當(dāng)前階段，范志明建議從業(yè)者應(yīng)看清產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)律，切忌頭腦發(fā)熱，規(guī)模鋪得過(guò)大或步子邁得太急都可能成為“先烈”。

光明的前途，曲折的道路

在2016中國(guó)國(guó)際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)上，展覽了品類(lèi)繁多的石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品，如理療護(hù)腰、服裝、散熱器、充電寶、輪胎等。陳成猛指出，目前對(duì)于石墨烯的應(yīng)用仍是改進(jìn)型產(chǎn)品。石墨烯的潛力和不可替代性并沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)，真正殺手級(jí)、具有顛覆性的產(chǎn)品仍未出現(xiàn)。

智林杰認(rèn)為，當(dāng)前各類(lèi)石墨烯產(chǎn)品能否真正成為符合市場(chǎng)規(guī)律的商品，還需要時(shí)間的檢驗(yàn)。在具有良好性價(jià)比優(yōu)勢(shì)的前提下，在應(yīng)用產(chǎn)品的質(zhì)量管理、品質(zhì)控制、性能持久等方面都需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究。他建議，石墨烯的應(yīng)用開(kāi)發(fā)應(yīng)從上游到下游與從下游到上游同時(shí)進(jìn)行，從而更好地實(shí)現(xiàn)石墨烯材料與終端產(chǎn)品的無(wú)縫對(duì)接。

如何讓石墨烯的科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展更緊密地結(jié)合？張朝暉希望有更多的投資人和企業(yè)了解石墨烯，有動(dòng)力地去關(guān)注石墨烯產(chǎn)業(yè)。只有以企業(yè)為主體，才能讓科學(xué)研究成果最后逐步運(yùn)用到產(chǎn)業(yè)中。“不能指望大學(xué)教授或科研院所的研究人員天天去創(chuàng)業(yè)”，最終要依靠企業(yè)的原動(dòng)力，科研成果才有更多的機(jī)會(huì)走向產(chǎn)業(yè)界。

諾貝爾物理獎(jiǎng)讓更多的人認(rèn)識(shí)了石墨烯，它從2004年被發(fā)現(xiàn)一路走來(lái)12余年，期間已取得了不少成績(jī)。當(dāng)年的碳纖維材料從被發(fā)現(xiàn)到科研實(shí)驗(yàn)，從航天航空領(lǐng)域走向千家萬(wàn)戶，成就一個(gè)商業(yè)傳奇，經(jīng)歷了三四十年的時(shí)間。因而，對(duì)于石墨烯材料而言，它還很年輕，需要耐心地呵護(hù)與鞭策。