解析“萬能材料”石墨烯:春天來了嗎?未來何去何從?

時間:2015-11-23 09:39來源:科技日報 作者:西顧
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  石墨烯是一種二維的單層碳原子結(jié)構(gòu)材料,它不僅是世界上最強(qiáng)、最堅硬、最薄的物質(zhì),同時由于它在已知的材料中電阻率最小、導(dǎo)熱系數(shù)最高,因此也是最理想的電極和半導(dǎo)體材料,被認(rèn)為可以引發(fā)現(xiàn)代電子科技和信息技術(shù)的革命。
 
  石墨烯比鉆石還堅硬,強(qiáng)度是世界上最好鋼鐵的上百倍,以至于科學(xué)家想用它制備夢寐以求的“太空電梯”超韌纜線。預(yù)計到2020年,石墨烯全球市值1.49億美元。石墨烯的未來,取決于我們能否提供可供高端的基礎(chǔ)材料。
 
  當(dāng)你推著購物車經(jīng)過結(jié)算柜臺時,不需要像現(xiàn)在這樣排隊掃描二維碼,物聯(lián)網(wǎng)無線系統(tǒng)會自動統(tǒng)計你購物車中的物品并計價,并從你的購物卡扣除費(fèi)用,所有的一切將瞬間完成,你只要拿到一個收據(jù)即可。
 
  未來讓你享受如此輕松購物的,正是石墨烯技術(shù)在射頻識別上的應(yīng)用。那么,石墨烯這種神奇材料究竟能夠給我們的生活帶來怎樣的變革?我國未來能否實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化呢?帶著相關(guān)問題,記者專訪了一些中外著名科學(xué)家、產(chǎn)業(yè)人士,梳理石墨烯發(fā)展過程中的熱點(diǎn)問題,以厘清未來產(chǎn)業(yè)化的突破路徑。
 
  “材料之王”將如何顛覆世界
 
  大多數(shù)人有用鉛筆在紙上寫字的經(jīng)歷,那留下的痕跡是石墨在一層層剝離,當(dāng)剝離到最小極限只有一個碳原子厚的單層石墨時,就是石墨烯。令人驚異的是,這種看似平常的物質(zhì),卻因由英國曼徹斯特大學(xué)兩位科學(xué)家安德烈.海姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫發(fā)現(xiàn)后共獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎,從此猶如打開新材料世界的一扇“阿里巴巴”之門。
 
  “它是迄今為止在自然界中發(fā)現(xiàn)的最薄、機(jī)械強(qiáng)度最大的材料,可以被無限拉伸,彎曲到很大角度不斷裂,還可以抵抗很高的壓力。”諾獎得主海姆教授對記者說。
 
  石墨烯比鉆石還堅硬,強(qiáng)度是世界上最好鋼鐵的上百倍,以至于科學(xué)家想用它制備夢寐以求的“太空電梯”超韌纜線。它穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性、極好的透光性和相對較高的機(jī)械強(qiáng)度。
 
  如此出眾的石墨烯,令人充滿遐想與期待。濟(jì)寧利特納米技術(shù)有限責(zé)任公司董事長侯士峰博士給記者介紹說:“石墨烯的用途廣泛,未來可在加速物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建方面大顯身手,如將石墨烯導(dǎo)電油墨產(chǎn)品應(yīng)用于柔性電子設(shè)備、射頻識別標(biāo)簽、柔性顯示設(shè)備和傳感器等。石墨烯還可以做到智能包裝,包裝袋上即時標(biāo)注食品保質(zhì)狀況,讓人真正體會到便捷、安全和實用。另外,它還將推動海水淡化等技術(shù)的發(fā)展,并能為新能源汽車提供續(xù)航里程更高的電池等。”
 
未來石墨烯將有何發(fā)展態(tài)勢
 
  很多人擔(dān)心,石墨烯會像當(dāng)年納米材料剛出現(xiàn)一樣,還沒什么產(chǎn)品,概念就炒得滿天飛,降低了產(chǎn)業(yè)信譽(yù)度;又恐像光伏產(chǎn)業(yè)一樣,眾多企業(yè)看好蜂擁,直至產(chǎn)量過剩。
 
  而中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授劉忠范博士在接受記者專訪時指出,“石墨烯不是一個門檻很低的行業(yè)!不是誰都可以進(jìn)入,它在技術(shù)上要求很高”?梢哉f這是一個潛力無限但風(fēng)險極高的行業(yè)。
 
  他說:“當(dāng)前人們說起石墨烯的未來尚處于比較模糊的概念,未來它的發(fā)展態(tài)勢有三種期待,且用三個參比來描述:第一種期待是硅,離開硅就沒有了芯片,而信息化社會的主體是芯片;第二種是碳纖維,在某個領(lǐng)域占領(lǐng)市場,像日本東麗公司對碳纖維壟斷用于國防;第三種是塑料,已擁有百年發(fā)展歷程,在人們生活中必不可少。所以,對我們而言,石墨烯發(fā)展的最低標(biāo)準(zhǔn)是碳纖維,中端如塑料,最高標(biāo)準(zhǔn)是硅,但這種可能性有多大目前還不知道。”
 
  10月底,由中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟首次發(fā)布的《2015全球石墨烯產(chǎn)業(yè)研究報告》顯示,預(yù)計到2020年,石墨烯全球市場值1.49億美元,2014-2020年年復(fù)合增長率是44%,近期主要應(yīng)用于復(fù)合材料、導(dǎo)電導(dǎo)熱涂層、超級電容器、鋰離子電池等,未來進(jìn)一步的發(fā)展可能是柔性顯示、太陽能、高性能芯片方面。從技術(shù)環(huán)境來看,石墨烯已經(jīng)過了炒作的最熱時期,很多公司已經(jīng)將注意力從石墨烯的制備轉(zhuǎn)移到終端應(yīng)用,產(chǎn)業(yè)爆發(fā)點(diǎn)已經(jīng)形成。
 
  決勝未來的是高端研究
 
  《“十二五”期間中國石墨烯行業(yè)深度市場調(diào)研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》顯示,我國已申請了2200多項石墨烯專利技術(shù),數(shù)量達(dá)世界石墨烯專利的1/3。是不是可以說,我國的產(chǎn)業(yè)潛力遠(yuǎn)超國外呢?
  劉忠范指出,“我國要做是不會比國外差的,只是歐洲與我們關(guān)注的東西不太一樣,相比之下,他們關(guān)注的是高端,我們關(guān)注的是低端,做的大多是電容器、鋰電池,或把石墨烯作為‘工業(yè)味精’往水泥、涂料中摻,以提高他們的性能,但是并沒有把石墨烯的導(dǎo)電導(dǎo)熱特性發(fā)揮出來。由于這樣做比較容易進(jìn)入,所以很多人都在做。然而,真正決勝石墨烯未來的是高端研究!歐洲、美國和日本現(xiàn)在都在做,這也是我們現(xiàn)在存在的問題。所以我們要有自己的基礎(chǔ)研究,不能總聽別人怎么說”。
 
  目前,有關(guān)很多石墨烯材料的研發(fā)成果僅限于實驗室中,而理想與現(xiàn)實有太大差距,F(xiàn)實是,至今尚無石墨烯的量產(chǎn)技術(shù),且其制備成本太高,大大限制了產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展,因此攻克石墨烯低成本規(guī);苽浼夹g(shù)成為了相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中至關(guān)重要的一步。
 
  劉忠范對記者說,“石墨烯將來有沒有用,取決于能把石墨烯這種材料做成什么樣,我們能否提供可供高端的基礎(chǔ)材料。打個比喻,做衣服首先需要高質(zhì)量的布,我們力爭做出最好的布。碳纖維有標(biāo)號,石墨烯材料將來也會有標(biāo)號的,若前者可做10年的話,后者就可做30年。要做的理想狀態(tài)是像日本的碳纖維,在技術(shù)上做到壟斷全球市場”。
 
  劉忠范強(qiáng)調(diào),碳纖維應(yīng)用范圍沒有石墨烯廣,如果能夠把握石墨烯的關(guān)鍵,相信未來是我們的。所有人都不懷疑石墨烯的應(yīng)用,將來會發(fā)展得更迅猛,到那時誰能做出可供高端應(yīng)用的石墨烯材料時,誰就是老大!
 
石墨烯的春天來了?
 
  在青島召開的“2015中國國際石墨烯創(chuàng)新大會”落帷之際,歐盟石墨烯旗艦計劃執(zhí)行委員會主席、英國劍橋大學(xué)石墨烯研究中心創(chuàng)始人兼主任安德里亞.法拉利教授在接受記者采訪時興沖沖地說,此次來中國發(fā)現(xiàn)石墨烯的發(fā)展非常快,去年來只看到很多企業(yè)生產(chǎn)的石墨烯材料,而今年居然看到了相關(guān)產(chǎn)品,比如烯旺科技研發(fā)制造的石墨烯智能理療護(hù)腰和發(fā)熱衣服等。
 
  《2015全球石墨烯產(chǎn)業(yè)研究報告》指出,從政策環(huán)境來說,國家經(jīng)濟(jì)處在重要的戰(zhàn)略機(jī)遇時期,要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,傳統(tǒng)材料就面臨著升級換代的要求,這也為石墨烯的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了一個機(jī)遇。我國自2008年開始由科技部和國家自然科學(xué)基金委陸續(xù)對石墨烯基礎(chǔ)研究進(jìn)行支持。目前,我國石墨烯企業(yè)超過百家,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)盟秘書長李義春對記者說:“我國雖然在全球應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方面做得比較領(lǐng)先,但作為一個制造業(yè)大國迫切需要產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,內(nèi)在需求和外部領(lǐng)域都很強(qiáng)烈。目前,中國已經(jīng)逐漸成為全球石墨烯發(fā)展的核心,國外也愿意與中國合作,由此,在推動石墨烯產(chǎn)業(yè)化方面,基于寧波達(dá)成建立國際聯(lián)盟大的框架,中國與國外幾個石墨烯領(lǐng)域的先行國家在2015中國國際石墨烯創(chuàng)新大會上達(dá)成了《青島共識》,深入開展的具體工作是:首先與英國形成強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合;與在歐盟旗艦計劃中承擔(dān)項目最多的西班牙的一些研究單位和企業(yè)聯(lián)合成立石墨烯研發(fā)平臺;與意大利建立中意雙邊石墨烯創(chuàng)新合作項目;與德國共同推進(jìn)建立國際石墨烯標(biāo)準(zhǔn)。”
 
  正如有的專家所言“石墨烯的春天來了不為過,而詮釋其產(chǎn)業(yè)化還為時尚早,但其環(huán)境氛圍的春天來了”,可謂石墨烯從一開始就伴隨著質(zhì)疑、懷疑、打擊、茁壯成長,而它猶如身懷一身本領(lǐng)的“黑金”,終將會發(fā)光的。
 
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    天奇股份4月18日公告,擬與中國長安、長安汽車共同投資設(shè)立合資公司,并以合資公司為主體合作開展電池回收、梯次利用及再生業(yè)務(wù)。目標(biāo)打造成為西南區(qū)域領(lǐng)先的電池回收標(biāo)桿企業(yè)。 合資公司的注冊資本為1.8億元,其中公司擬出資8820萬元,持有合資公司49%的股
    2024-04-19 08:42
  • 50億元!這家公司擬在摩洛哥投建鋰電池負(fù)極材料項目

    4月26日晚間, 中科電氣 發(fā)布公告,宣布公司計劃通過其控股子公司湖南中科星城石墨有限公司,在中國香港或其他海外地區(qū)新設(shè)全資子公司, 以間接投資方式設(shè)立摩洛哥項目公司,實施一項年產(chǎn)10萬噸鋰離子電池負(fù)極材料一體化基地項目 。 據(jù)了解, 項目計劃總投資
    2024-04-29 18:25
  • 全固態(tài)電池三大技術(shù)路線,誰將最終勝出?

    近年來,憑借高密度、更安全性、壽命長等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是“最具潛力的下一代鋰電池技術(shù)”的固態(tài)電池受到市場關(guān)注,最新消息不斷。
    2024-04-22 18:17
  • 鋰礦龍頭一季度預(yù)虧超36億元,收深交所關(guān)注函!

    4月23日晚間,天齊鋰業(yè)發(fā)布業(yè)績預(yù)告,預(yù)計今年第一季度同比由盈轉(zhuǎn)虧。 同日晚間,深交所對天齊鋰業(yè)下發(fā)關(guān)注函,要求其結(jié)合主營業(yè)務(wù)開展情況、產(chǎn)品產(chǎn)銷量、產(chǎn)品價格等,分析2024年一季度虧損較2023年四季度大幅增加的原因,并說明是否存在持續(xù)虧損風(fēng)險等。 鋰
    2024-04-25 09:30
  • 又有車企公布全固態(tài)電池量產(chǎn)時間!

    當(dāng)?shù)貢r間4月16日,日產(chǎn)汽車公開全固態(tài)電池試生產(chǎn)線的預(yù)定設(shè)置場所,在生產(chǎn)發(fā)動機(jī)等的橫濱工廠建筑內(nèi)確保了約1萬平方米空間,為搬入設(shè)備推進(jìn)施工。 日產(chǎn)計劃2025年3月開始生產(chǎn)全固態(tài)電池,目標(biāo)2028年度實現(xiàn)量產(chǎn)。據(jù)日產(chǎn)介紹,全固態(tài)電池的能量密度是傳統(tǒng)鋰離
    2024-04-18 08:43
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