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中国石墨烯的“七年之痒”

时间:2018-03-01 13:07来源:中国科学报 作者:李惠钰
点击: 次

　　一次美国走访学习的经历，让工信部赛迪研究院原材料所所长肖劲松陷入沉思：“中美在石墨烯发展方面有很大差异，跟国内的狂热相比，美国很多理性的认知对我们来说甚至是具有颠覆性的。”
 
　　作为一种前沿材料，石墨烯近年来在我国发展迅速，企业数量不断增加。与此同时，各地也积极出台相关政策推动石墨烯行业的发展。在今年1月举行的国家科学技术奖励大会上，就有5个石墨烯相关项目获奖。
 
　　但是，我国石墨烯产业似乎又陷入了一种毁誉参半的尴尬境地。相比美国，我国石墨烯应用方向更趋于复合材料、功能材料等低端化领域。不仅如此，我国虽有很多企业都声称已实现石墨烯大规模生产，但市场却频繁遇冷，企业盈利更是遥遥无期。
 
　　“当前，国内轰轰烈烈的大跃进式的石墨烯运动是不可取的。未来的石墨烯行业是建立在石墨烯材料的杀手锏级应用基础之上，而不是作为一个万金油式的添加剂。”针对国内陷入“七年之痒”的石墨烯行业，北京石墨烯研究院执行院长魏迪提醒道。
 
　　中美差异的反思
 
　　石墨烯发现者2010年获得诺贝尔物理学奖后，全球就掀起了石墨烯研发热潮。但是，公众对石墨烯新材料的热捧，也导致了石墨烯产业虚火过旺。相比美国，我国石墨烯更是呈现出一片虚假繁荣的景象。
 
　　实际上，石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是很多层石墨烯。当时获得诺贝尔奖的专家发现了石墨烯强度高、韧性强等优异性能，主要就是体现在单层结构上。
 
　　“石墨烯在单层结构上随着层数的增加，诸多优越性都将降低。10层以上性能就大打折扣，甚至都不能再称为石墨烯。”肖劲松表示，“美国强调的就是单层石墨烯，而我国把10层以下的都称为石墨烯，甚至把类石墨烯的产品也叫石墨烯，鱼目混珠的现象比较严重。”
 
　　除了概念与标准的不同，在制备方法上中美也有差异。肖劲松表示，美国主要采用化学气相沉积法和外延生长法，这两种方法虽然生产成本高且不容易量产，但是却能够制备出高品质的单层石墨烯。我国虽然在研发上也有采用上述两种方法，但在产业化上，90%都是采用成本低、可大规模生产的氧化还原法。
 
　　肖劲松通过调研美国相关机构发现，美国对石墨烯有一个技术程度评价的等级，1~4级属于实验室研发阶段，5~6级属于逐渐趋向于产业化阶段，7~9级才属于技术较成熟的产业化阶段。美国产业界普遍认为，目前石墨烯仍以实验室研发阶段为主，技术成熟度为3~4级，尚不适合大规模生产，整个石墨烯市场仍处于萌芽状态。
 
　　而反观中国，大部分科研院所都急于将并不成熟的技术推向市场，很多企业都声称石墨烯已经实现大规模生产，地方政府也通过制定产业发展规划设立产业基金，建立产业园区、产业联盟等，加大产业化应用推广。但实际上，企业大规模盈利仍然遥遥无期。
 
　　另外，北京国知专利预警咨询有限公司总经理于立彪表示，在专利数量上，虽然我国与美国都位列前三甲，但美国的专利质量水平普遍很高，且申请主体以IBM、英特尔等大型跨国公司为主。而我国专利申请主体以高校、科研院所为主，企业仅占30%左右。
 
　　肖劲松也指出，美国专利布局重点在集成电路、晶体管、传感器、信息存储、增强复合材料等领域，注重对整个产业链的全面布局和保护。而我国很多是为了专利而专利，整体重量轻质，近半数集中在复合材料领域，其次为储能水处理器、传感器，缺乏系统性。
 
　　寻找杀手锏级应用
 
　　目前，资本对于石墨烯的热情正在退潮，很多第一批关注石墨烯的企业也在逐渐淡出。“工业化批量制备的石墨烯的各项性能和理想状态差距很大，所谓‘一片石墨烯能撑起一头大象’‘一克石墨烯展开可铺满一个足球场’等的预期，基本都实现不了。”中关村石墨烯产业联盟副秘书长班建伟说。
 
　　针对我国石墨烯产业的处境，在近日召开的“2018中国国际石墨烯产业发展论坛暨中关村石墨烯产业联盟年会”上，肖劲松提醒，一定要谨防我国石墨烯行业陷入低端陷阱。
 
　　“从国家层面，整个石墨烯产业要朝着附加值高的方向发展，别折腾到最后都是为别人做嫁衣。国内的石墨卖五六千元一吨，结果出口到日本经过加工再买回来，就成了6万多元一吨。”肖劲松指出。
 
　　对于石墨烯的应用，壹行研创始人厉俊介绍道，其主要有三大领域，一是电子领域，包括透明导电膜、柔性电子器件、传感器等；二是储能领域，包括超级电容、太阳能电池等；三是传统的赋能材料，使材料具有散热、抗摩擦、抗腐蚀等性能。
 
　　魏迪表示，当前，国内市场上包括服饰、涂料、复合材料、吸附润滑产品以及石墨烯锂电、石墨烯手机触摸屏等，都代表着我国石墨烯的主流产品，但与国外相比仍然有所滞后。
 
　　“欧盟石墨烯旗舰计划启动了17个新的石墨烯研究项目，他们关注的是石墨烯的超级汽车、物联网传感器、可穿戴设备和健康管理、数据通信、能源技术以及复合材料等前沿、未来的领域。”魏迪说。
 
　　在肖劲松看来，我国石墨烯急需找到杀手锏级的应用和特殊利用的市场，为此他建议我国要重新审视和评估石墨烯行业发展的方向和阶段，避免方向性的错误和偏差，尽快研究制定我国石墨烯技术成熟路线图。
 
　　在肖劲松看来，我国石墨烯行业的研究重点应该与国家重大战略相一致，围绕新一代信息技术、航空航天设备、新能源等领域进行前瞻性布局。
 
　　产业这把火怎么烧
 
　　“我国石墨烯行业在国际上有相对竞争优势，是处于第一梯队的一棵产业苗子。但终究还是棵苗，需要产业界、投资界、测试服务界等各方共同努力，把产业带动起来。”北京市科委新材料发展中心主任肖澜表示，产业这把火烧起来容易，但是熄灭也快，还需要不断投入“真金白银”。
 
　　肖澜认为，从科研创新的角度来说，石墨烯要取得应用上的突破是一个艰难的马拉松长跑，要想把石墨烯独特的使用性能展现出来，还需要全国甚至全球的科学家们共同努力。“尤其是在石墨烯薄膜材料上，一旦攻关完成，石墨烯行业会产生剧变，甚至质变。”
 
　　对于企业方而言，湖南医家智烯新材料科技股份有限公司副总裁吴颜吉更希望政府和投资人不要急功近利。北京绿能嘉业董事长兼总裁王敏也表示，“我们要沉得住气，不管是在神坛之上还是神坛之下，企业就应该做企业该做的事。”
 
　　工信部人才交流中心副主任色云峰也表示，工信部将通过人才培育工程的实施，进一步夯实我国石墨烯产业基础，培养一批具备现代化视野的产业领军人才和龙头企业，推动我国石墨烯新材料产业领跑全球。
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文章标签： 石墨烯 产业化
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