2004年，石墨烯在英國曼徹斯特大學(xué)某實驗室被制備出來，發(fā)現(xiàn)者因?qū)κ┑闹匾芯慷@諾貝爾物理學(xué)獎。有著“奇跡材料”和“黑金”之稱的石墨烯具有特殊物理屬性，其出現(xiàn)使得新材料發(fā)展有了新的突破。石墨烯究竟有多神奇，目前開發(fā)應(yīng)用處在哪個階段，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景和困局何在，電池中國網(wǎng)帶您一探究竟。
日前，習(xí)近平主席參觀訪問曼徹斯特大學(xué)的國家石墨烯研究所，隨后中國華為也宣布與曼徹斯特大學(xué)合作研究石墨烯的應(yīng)用，共同開發(fā)ICT領(lǐng)域的下一代高性能技術(shù)。
石墨烯又稱二維碳材料。雖然石墨烯僅有一個原子的厚度，但卻比鋼鐵強(qiáng)韌兩百倍。作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，科學(xué)家預(yù)言石墨烯或?qū)Ыo世界重大改變。
炙手可熱的新型納米材料
在塑料里摻入百分之一的石墨烯，就能使塑料具備良好的導(dǎo)電性；加入千分之一的石墨烯，能使塑料的抗熱性能提高30攝氏度。毫不夸張地說，石墨烯的出現(xiàn)讓材料業(yè)發(fā)展步入“新境界”。在此基礎(chǔ)上可以研制出薄、輕、超強(qiáng)韌新型材料，相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域包括電子、生物醫(yī)療、軍工、精密制造業(yè)、化工等行業(yè)。
2015中國國際石墨烯創(chuàng)新大會以石墨烯產(chǎn)業(yè)化為主要議題，由諾貝爾獎得主安德烈•海姆領(lǐng)銜的多位專家深入討論了石墨烯在環(huán)保、鋰電池、可穿戴等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，目前石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好，技術(shù)不斷突破，軍用民用領(lǐng)域迅速拓展。
在目前的能源應(yīng)用市場，石墨烯擴(kuò)張速度最快，由于市場對輕便、靈活、使用壽命長的可再生能源需求量日益增加，石墨烯研究在世界范圍內(nèi)如火如荼地展開。十年來，發(fā)達(dá)國家不斷提升對石墨烯研發(fā)應(yīng)用的扶持力度。英國投入大量資金創(chuàng)建國家石墨烯研究院，去年又宣布斥資6000萬英鎊建造石墨烯工程創(chuàng)意中心。
權(quán)威機(jī)構(gòu)紛紛預(yù)測未來石墨烯市場前景廣闊，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐也正在加快，基于已有的研究成果，最先實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的領(lǐng)域可能會是移動設(shè)備、航空航天、新能源電池等領(lǐng)域。
研發(fā)扶持和商業(yè)化進(jìn)程令人驚詫
在大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的驅(qū)動力感召下，石墨烯走入公眾視野。近年來在國家支持下，骨干企業(yè)、高校、研究院所加大研發(fā)投入，加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，已初步掌握微晶石墨高溫提純、各向同性石墨制備等關(guān)鍵技術(shù)。
國家科技部和自然科學(xué)基金委員會也對石墨烯基礎(chǔ)研究給予大力支持，投入不菲。2007-2012年，國家自然科學(xué)基金委員會對石墨烯項目累計資助經(jīng)費(fèi)達(dá)到3.30億元。自2012年開始，我國在石墨烯論文和專利方面居全球首位。目前我國石墨烯相關(guān)企業(yè)超過100家，并在常州、無錫、青島、深圳等地形成產(chǎn)業(yè)集群。
中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長李義春指出，石墨烯的應(yīng)用可以涉及各個領(lǐng)域，聯(lián)盟一直極力推動各行各業(yè)的龍頭企業(yè)特別是上市公司，積極參與到石墨烯的工程化應(yīng)用中來。
中國寶安、烯碳新材、華麗家族、東旭光電等多家公司涉足石墨烯領(lǐng)域，資本市場在推動石墨烯產(chǎn)業(yè)化過程中功不可沒。全國幾百個石墨烯研發(fā)團(tuán)隊的成果急需與各行各業(yè)涉及工程應(yīng)用的企業(yè)相結(jié)合，上市公司資本雄厚，可以推動石墨烯從實驗室階段走向應(yīng)用階段。
隨著全球石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及各國政府對其重視程度的提高，歐美亞三足鼎立的局面是發(fā)展的必然趨勢。而中國是最具發(fā)展?jié)摿Φ膰遥磥韼资陜?nèi)很有可能成為全球石墨烯行業(yè)領(lǐng)跑者和主導(dǎo)者。
實現(xiàn)量產(chǎn)應(yīng)用尚需足夠耐心
“石墨烯應(yīng)用探索還處在實驗室階段。”中國石墨協(xié)會專家委員會主任沈萬慈這樣認(rèn)為。在罩上諾貝爾獎光環(huán)后，這種新材料讓更多科學(xué)家投身其中。但兩年后，行業(yè)權(quán)威人士對這一新材料應(yīng)用的表態(tài)相當(dāng)謹(jǐn)慎。
石墨烯可以改變很多材料的性能，但想實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還要求經(jīng)濟(jì)效益好。因為石墨烯薄而小，將其規(guī)矩的排列在一起非常困難，還沒看到產(chǎn)業(yè)化的成功經(jīng)驗。
制造石墨烯的技術(shù)主要分為兩類，一種是剝離法，一種是氣相沉積法。諾貝爾獎獲得者使用的就是剝離法，即從石墨中剝離出石墨烯。剝離法產(chǎn)生的石墨烯成本較低，但是面積較小。而氣相沉積法就是在銅等表面生產(chǎn)出整片的石墨烯，由于生產(chǎn)出來的石墨烯和銅結(jié)合在一起，需要將銅腐蝕掉，所以成本較高。
業(yè)內(nèi)已有不少公司稱掌握了低成本生產(chǎn)石墨烯的技術(shù)。中科院寧波材料所研究團(tuán)隊負(fù)責(zé)人劉兆平表示，他們的核心能力就是低成本制備石墨烯，生產(chǎn)的石墨烯在10片以下。2012年4月，中科院寧波材料所與上海南江集團(tuán)合作，計劃建設(shè)一條1000噸的生產(chǎn)線，不過目前還只有一條30噸的中試生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線是將石墨烯涂抹在鋁箔之上，提高鋁箔的充放電能力，抑制發(fā)熱并延長壽命。但業(yè)內(nèi)人士表示，年產(chǎn)鋁箔200萬平方米的量其實并不算大。
石墨烯產(chǎn)業(yè)化之路仍停留在導(dǎo)入階段，未實現(xiàn)量產(chǎn)，主要難點(diǎn)在于制備技術(shù)局限、應(yīng)用領(lǐng)域需求未打開。超級電容器可能是石墨烯產(chǎn)業(yè)化的突破口之一，許多實驗室都在向這個方向努力。
江南石墨烯研究院研究員李金龍指出，雖然石墨烯可以作為萬能材料給諸多領(lǐng)域帶來改變，但它的作用往往也容易被市場所夸大。按照硅材料產(chǎn)業(yè)的成熟周期為20年來推斷，石墨烯產(chǎn)業(yè)化成熟大約還要五到十年，接下來如何實現(xiàn)破局格外關(guān)鍵。
期待石墨烯材料國家標(biāo)準(zhǔn)新突破
石墨烯雖然用途廣泛，但在很長時間內(nèi)處境十分尷尬。十多年來，石墨烯依然沒有通用的國際標(biāo)準(zhǔn)，在我國石墨烯也沒有國家標(biāo)準(zhǔn)。
針對石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展可喜態(tài)勢和面臨的問題，近期，國家工信部原材料工業(yè)司擬開展工作，包括制定石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃，指導(dǎo)籌建產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟，推進(jìn)創(chuàng)新平臺建設(shè)，積極構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈并推動鏈上各環(huán)節(jié)聯(lián)動，發(fā)掘石墨烯材料性能和應(yīng)用價值，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康、快速、規(guī)范發(fā)展，著力規(guī)避低水平重復(fù)和盲目建設(shè)。
國家薄層石墨材料標(biāo)準(zhǔn)工作組成立大會暨第一次工作會議年初在常州召開。國標(biāo)委正式批準(zhǔn)在常州成立全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會炭素材料分技術(shù)委員會薄層石墨材料工作組，江南石墨烯研究院為工作組承擔(dān)單位。
事實上，近年各地政府均已經(jīng)投入重金打造石墨烯研究實驗室。江南石墨烯研究院自2011年成立以來，致力于石墨烯的研究，目前共孵化了26個企業(yè)。李金龍指出，在石墨烯研究領(lǐng)域，常州處于全國領(lǐng)先地位，國家薄層石墨材料標(biāo)準(zhǔn)工作組落戶常州是正確選擇。
目前石墨烯行業(yè)尚沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，但在“方法標(biāo)準(zhǔn)”上研究已取得突破。研制國家標(biāo)準(zhǔn)并不是為了限制各個企業(yè)的發(fā)展，相反是要通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范行業(yè)，從而促進(jìn)各個行業(yè)的發(fā)展，呼吁各方攜手推動新標(biāo)準(zhǔn)制定工作。
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