“萬能材料”石墨烯頻頻受追捧 產(chǎn)業(yè)化之路有多遠？

時間:2016-01-15 08:56來源:中國化工報 作者:西顧
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        在剛剛過去的2015年，石墨烯不僅搶占了新材料領域的“頭條”，還受到了眾多科研院校和企業(yè)的追捧，有關石墨烯的消息也頻頻出現(xiàn)在各大媒體。記者了解到，僅2015年黑龍江省就有幾家企業(yè)相繼建廠，并與各大院校和科研院所合作開展石墨烯項目。
 
　　在短短的十幾年時間內(nèi)，人們不僅耳熟了石墨烯，也漸漸了解了石墨烯。那么，目前我國石墨烯發(fā)展現(xiàn)狀如何？何時才能真正實現(xiàn)工業(yè)化？我國石墨烯的發(fā)展存在哪些問題？如何促進石墨烯行業(yè)健康快速發(fā)展？帶著這些問題，記者采訪了業(yè)內(nèi)人士。
 
　　先導產(chǎn)業(yè)初打造
 
　　據(jù)復旦大學高分子科學系教授盧紅斌介紹，根據(jù)諾貝爾獎獲得者Geim和Novoselov的定義，石墨烯是指“具有蜂窩晶格結構的、單個碳原子厚度的二維碳膜”。然而，學術上有許多研究涉及多層堆積的石墨烯片層，因此，現(xiàn)在人們往往將其分為“單層石墨烯”和“少層石墨烯”（小于10層）”，而10層以上的人們通常稱之為“石墨微片”。這應該是目前石墨烯國家標準中最終確定的定義，也是目前學術界廣泛接受的觀點。
 
　　清華大學材料科學與工程系教授沈萬慈介紹，繼2004年之后石墨烯在全世界都熱了起來，后來在國際會議上確定，1~10層公認為是石墨烯，超過10層以上的叫納米石墨片�，F(xiàn)在網(wǎng)絡上也有叫類石墨烯產(chǎn)品或是多層石墨烯，其中類石墨烯接近石墨烯，但不是石墨烯，多層石墨烯叫法也是錯誤的。真正充分表現(xiàn)石墨烯高強度、透光、導電性等特點，是越薄越明顯，尤其是單層最明顯。例如從透光率來說，5層以上基本不透光。
 
　　沈萬慈還介紹，目前石墨烯的制備方法基本有兩類：一類是以氧化還原技術為代表的剝離方法；另一種是氣相化學合成，也就是CVD方法。這兩類產(chǎn)品不一樣，用途也不一樣。而目前用天然石墨等制備石墨烯，最多采用的是氧化還原法，用強氧化劑處理石墨成為氧化石墨，然后使之剝離分散成為氧化石墨烯，再經(jīng)還原以后才是石墨烯。
氧化還原法制備的是石墨烯粉體和漿料等，通常計量單位為克、千克、噸等。采用CVD方法制備的是石墨烯膜，成本較高，但其利用價值也高。這類產(chǎn)品的計量單位是平方米。真正能夠發(fā)揮石墨烯性能的，特別是在電子產(chǎn)品上有應用前途的是石墨烯膜，比如觸摸屏等都是由石墨烯膜制成。
 
　　《“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，占世界石墨烯專利總數(shù)量的1/3。實際上，在“十二五”期間，我國各地政府已經(jīng)瞄準石墨烯這一新材料，并相繼成立了一系列石墨烯產(chǎn)業(yè)化基地，包括寧波石墨烯產(chǎn)業(yè)園、常州江南石墨烯研究院、無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)化示范區(qū)、青島國際石墨烯創(chuàng)新中心和重慶石墨烯產(chǎn)業(yè)園。此外，多個省份如安徽、黑龍江、湖南等也已開始著手籌劃石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。
 
　　經(jīng)過幾年的前期準備，我國已將石墨烯列入“十三五”重點發(fā)展的基礎新材料，一系列相關政策也于近期出臺。其中，工信部、發(fā)改委、科技部于2015年11月30日聯(lián)合下發(fā)了《關于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》（簡稱《意見》）提出，把石墨烯產(chǎn)業(yè)打造成先導產(chǎn)業(yè)，到2018年，石墨烯材料制備、應用開發(fā)、終端應用等關鍵環(huán)節(jié)良性互動的產(chǎn)業(yè)體系基本建立，產(chǎn)品標準和技術規(guī)范基本完善，開發(fā)出百余項實用技術和樣品，推動一批產(chǎn)業(yè)示范項目，實現(xiàn)石墨烯材料穩(wěn)定生產(chǎn)以及在部分工業(yè)產(chǎn)品和民生消費品上的產(chǎn)業(yè)化應用。到2020年，形成完善的石墨烯產(chǎn)業(yè)體系，實現(xiàn)石墨烯材料標準化、系列化和低成本化，建立若干具有石墨烯特色的創(chuàng)新平臺，掌握一批核心應用技術，在多領域?qū)崿F(xiàn)規(guī)�；瘧茫恍纬扇舾杉揖哂泻诵母偁幜Φ氖┢髽I(yè)，建成以石墨烯為特色的新型工業(yè)化產(chǎn)業(yè)示范基地。
 
　　可以預見，我國的石墨烯產(chǎn)業(yè)在“十三五”期間可望取得快速發(fā)展，并拉動包括新能源、新材料以及交通運輸、電力等諸多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
 
攜手共推促發(fā)展
 
　　如何讓石墨烯產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展，是許多業(yè)內(nèi)人士的目標，也是正在尋找和研究的方向。面對幾近瘋狂的炒作和急功近利的現(xiàn)象，在質(zhì)疑石墨烯產(chǎn)業(yè)化之路到底有多長之時，業(yè)內(nèi)專家紛紛提出了自己的建議。
 
　　就產(chǎn)業(yè)發(fā)展，沈萬慈認為，所謂先導產(chǎn)業(yè)，就是石墨烯作為最基礎的新材料，帶動下游產(chǎn)業(yè)應用，形成產(chǎn)業(yè)鏈。目前的主要任務是踏踏實實做好石墨烯應用研發(fā)工作，就是終端產(chǎn)品的研發(fā)。生產(chǎn)出終端產(chǎn)品，市場認可，有一定的需求量，哪怕一年幾百噸，也能形成一個產(chǎn)業(yè)鏈。他分析，前幾年在制備方法上做了很多研究，現(xiàn)在氧化還原方法已經(jīng)比較成熟，CVD制備石墨烯膜也達到一定的規(guī)模。但現(xiàn)在終端產(chǎn)品基本上都是樣品，比如觸摸屏、超級電容器、導電劑、海水凈化膜等，不是最終產(chǎn)品，沒有形成批量生產(chǎn)。一個材料如果沒有應用市場，不可能形成產(chǎn)業(yè)。所以，要特別加強技術研發(fā)，真正開發(fā)出終端產(chǎn)品并被市場認可。
 
　　沈萬慈指出，石墨烯應用的最重要領域是電子技術，在微電子技術向納電子技術的轉(zhuǎn)型中，石墨烯材料會起到主要作用。這方面的研究國內(nèi)相對較少，需要加強。
 
　　劉榮華則認為，應該從國家層面統(tǒng)籌或規(guī)劃石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，每個地方應差異化發(fā)展，避免同質(zhì)化競爭，避免產(chǎn)能過剩。地方政府也可以整合當?shù)乜蒲袡C構資源，對接或服務這些石墨烯企業(yè)。此外，政府還應出臺相關政策來支持石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
 
　　北京有色金屬研究院總院高級工程師劉冠偉認為，氧化石墨烯以及石墨烯類物質(zhì)從性能上來說不算太出眾，想要制備出高附加值、高技術含量的產(chǎn)品比較困難。制備高性能的石墨烯材料，開發(fā)真正的高端用途，可能更為符合國家希望依靠石墨烯實現(xiàn)做大做強中國工業(yè)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的期望。
 
　　針對石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，袁國輝也提出幾點建議：一是制定國家石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃。在政府政策的引導下，搭建好若干產(chǎn)學研研發(fā)平臺或產(chǎn)業(yè)園區(qū)，有針對性的重點布局，重點攻關，避免重復投入和低水平重復性研究。一方面，要加強真正原創(chuàng)性的基礎研究和應用基礎研究；另一方面，高度重視面向產(chǎn)業(yè)化的關鍵技術和工程化研究。二是在有發(fā)展條件和研發(fā)基礎的地區(qū)，建立若干石墨烯工程技術中心，面向市場，重點研發(fā)各具特色的石墨烯產(chǎn)業(yè)化技術及產(chǎn)品，并進行推廣。三是鼓勵石墨烯材料及相關產(chǎn)品的應用技術研發(fā)和商業(yè)化生產(chǎn)，可以采取多種措施，鼓勵具有研發(fā)和市場能力的企業(yè)做強做大，要扶植起若干具有全局性作用的龍頭企業(yè)。四是鼓勵具有一定規(guī)模、具備發(fā)展?jié)摿Φ氖┢髽I(yè)進入資本市場，利用市場的力量規(guī)范石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
 
　　同時，袁國輝還對黑龍江省發(fā)展石墨烯提出了具體建議：一是在全省一盤棋的思想下，規(guī)劃以哈爾濱為中心，建立石墨烯新技術、新材料、新應用研發(fā)，產(chǎn)業(yè)技術孵化基地，以雞西、鶴崗為兩翼，建立石墨烯及高端石墨新材料生產(chǎn)基地；二是以哈爾濱萬鑫石墨谷產(chǎn)業(yè)園為載體，在哈爾濱市建立石墨烯產(chǎn)業(yè)研發(fā)及應用研究平臺，建設企業(yè)化運作、開放式的石墨烯研發(fā)、檢測公共服務平臺；三是省政府應給予石墨烯產(chǎn)業(yè)非常規(guī)、高強度支持，設立專項資金給予石墨烯產(chǎn)業(yè)園區(qū)定向支持，同時搭建融資平臺優(yōu)先支持石墨烯產(chǎn)業(yè)；四是設立專項資金，支持天然石墨制備粉體石墨烯產(chǎn)業(yè)化關鍵技術研究和薄膜石墨烯制備關鍵技術研究，支持石墨烯產(chǎn)品開發(fā)及應用技術研究；五是以黑龍江省石墨類新能源材料工程技術研究中心和貝特瑞—哈工大聯(lián)合實驗室為基礎，建設和申報國家級石墨新材料工程技術研發(fā)中心；六是設立專項資金，鼓勵企業(yè)參與相關石墨烯國家標準的制定工作，促進黑龍江省石墨烯產(chǎn)業(yè)標準化建設。
 
概念炒作幫倒忙
 
　　雖然三部委的《意見》出臺時間不久，但石墨烯這一概念卻早已深入人心。國內(nèi)外各大媒體相繼報道了石墨烯電池、手機屏等相關產(chǎn)品，一些企業(yè)紛紛把發(fā)展導向引向石墨烯。幾年時間里，石墨烯就已在國內(nèi)以迅猛之勢發(fā)展起來，不覺讓人們驚奇石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度之快、產(chǎn)品性能之好。但是在這些“光環(huán)”和驚奇的背后，一些業(yè)內(nèi)專家對此提出了質(zhì)疑。他們認為，目前石墨烯產(chǎn)業(yè)的這種“紅火”現(xiàn)象并不正常，而且石墨烯產(chǎn)業(yè)目前來說是先導產(chǎn)業(yè)，還沒真正形成自己的產(chǎn)業(yè)，發(fā)展背后還存在著一定困難和問題。
 
　　首先，炒作、急功近利現(xiàn)象明顯�，F(xiàn)在只要隨意在互聯(lián)網(wǎng)上搜索石墨烯，就會有大篇幅有關石墨烯、石墨烯電池的報道撲面而來。沈萬慈認為，現(xiàn)在對石墨烯炒作得太厲害，有些東西不太真實�，F(xiàn)在石墨烯產(chǎn)業(yè)確實正在發(fā)展，而且發(fā)展勢頭非常好，將來也會形成一個很大的產(chǎn)業(yè)。但是現(xiàn)在還沒有真正形成產(chǎn)業(yè)。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況看，目前制備石墨烯的技術基本具備，正在實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，如寧波墨烯、常州第六元素公司等，建了每年百噸級生產(chǎn)線。不過真正的產(chǎn)量很有限，賣出去的產(chǎn)品更少，大多是送出去做實驗用。
 
　　哈爾濱工業(yè)大學化工學院應用化學系教授袁國輝也認為，目前，國內(nèi)的石墨烯研究存在太多急功近利的行為，也存在太多的炒作嫌疑。比如，我們經(jīng)常可以在媒體上看到與石墨烯有關的研究進展和某種石墨烯產(chǎn)品的問世，但實際進展、產(chǎn)業(yè)化研發(fā)和市場情況并不樂觀。在石墨烯產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化技術發(fā)展上，存在一哄而上、炒作痕跡明顯的現(xiàn)象。
 
　　那么，是什么原因造成這種現(xiàn)象？業(yè)內(nèi)人士分析稱，一是石墨烯概念炒得太火，某些新聞媒體對石墨烯應用的報道存在偏差或夸大，缺乏客觀性，導致相關部門或企業(yè)對于石墨烯的認識存在誤區(qū)，造成一種好像很簡單，“短平快”一夜暴富的氛圍。二是有個別企業(yè)想通過“引入”石墨烯，從而得到國家和政府的資金支持等。
 
　　沈萬慈認為，不同于其他新材料產(chǎn)業(yè)，石墨烯是一個高速發(fā)展的領域，但同時也是處于成長過程中的新領域，不是短時間內(nèi)就能立竿見影看到效益。而這種一哄而上的現(xiàn)象，造成的最大危害則是上一大批低端同質(zhì)的項目，實際上技術、人才、資金都不靠譜，最終造成浪費，給石墨烯產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展幫倒忙。
 
　　中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會石墨專業(yè)委員會副秘書長劉榮華也指出，目前全國有多個地方在規(guī)劃石墨烯生產(chǎn)基地，功能性都差不多，未來會出現(xiàn)同質(zhì)化競爭，最終導致價格競爭，不利于行業(yè)的發(fā)展。此外，目前大部分石墨烯企業(yè)經(jīng)濟實力很弱，基本都是科研院校的研究人員出來創(chuàng)業(yè)。而石墨烯產(chǎn)業(yè)是技術+資本密集型行業(yè)，這些企業(yè)持續(xù)投入研發(fā)，若沒有外來資本介入，這些石墨烯企業(yè)最終會退出該行業(yè)。
 
　　其次，產(chǎn)業(yè)化制備技術還需要經(jīng)受市場考驗。沈萬慈指出，沒有長時間批量生產(chǎn)的生產(chǎn)線都是不穩(wěn)定的，如果有市場連續(xù)生產(chǎn)都會有問題。所有產(chǎn)業(yè)都是這樣，第一批樣品出來以后，在運行過程中都會不斷地出現(xiàn)問題，不斷改進，最后才能形成成熟的技術及設備。
 
　　盧紅斌認為，多數(shù)企業(yè)采用的規(guī)�；苽浼夹g需進一步完善，這體現(xiàn)在多個方面，如產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保壓力、工藝過程優(yōu)化和批次穩(wěn)定性以及下游創(chuàng)新性應用的開發(fā)與推廣。雖然石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈初步形成，但盈利能力不足，這往往和技術革新進步以及企業(yè)運營模式密切相關，研發(fā)投入普遍不足。
 
       再次，目前石墨烯生產(chǎn)企業(yè)多是小企業(yè)，且融資困難，在很大程度上制約著企業(yè)的快速發(fā)展。資本介入現(xiàn)階段仍存疑慮，觀望中居多。“從產(chǎn)業(yè)技術研發(fā)的企業(yè)看，國外長期系統(tǒng)性石墨烯研究的大多是具有雄厚實力的大企業(yè)，或者是在政府支持下進行的系統(tǒng)性研發(fā)，如三星、LG、IBM等國際大公司都投入大量的人力和物力，對石墨烯進行長期的系統(tǒng)研究。歐盟更是投入巨資，將石墨烯研究列入未來新興旗艦技術項目，并設立專項研發(fā)計劃，該計劃將在未來10年內(nèi)獲得10億歐元的經(jīng)費。而國內(nèi)多是小作坊式的企業(yè)，真正有雄厚科研實力的大型上市公司的直接參與還較少，缺乏龍頭企業(yè)的引導以及雄厚的人力、物力和財力基礎來支撐。”袁國輝這樣表示。
 
　　因此，石墨烯產(chǎn)業(yè)化還需要一段時間才能實現(xiàn)。沈萬慈認為，去年年末出臺的《意見》中指出把石墨烯打造成先導產(chǎn)業(yè)，但還沒有形成產(chǎn)業(yè)。當前是從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化的關鍵時期，并沒有走向產(chǎn)業(yè)化，短期內(nèi)成支柱產(chǎn)業(yè)還不太可能。
 
　　盧紅斌也分析稱，石墨烯制備技術雖已成熟，但是在石墨烯陸續(xù)投放市場時，還會經(jīng)受市場的考驗；針對下游應用領域，科研人員還要進一步完善和優(yōu)化技術，針對每一個應用領域的要求，優(yōu)化每一個石墨烯產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性。但這個過程不是短暫就能實現(xiàn)的，而是需要若干年的積累。
 
　　【相關評論】實現(xiàn)市場對接是關鍵
 
　　復旦大學高分子科學系教授盧紅斌：
 
　　“十三五”開年之時，發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)非常有意義�，F(xiàn)在很多國家都在推動和發(fā)展，那就要看誰推動得力、方法得當。石墨烯產(chǎn)業(yè)不像其他傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，更需要有技術的完善和推動來打開市場。我建議，發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)的切入點，應該把上游生產(chǎn)企業(yè)與下游應用市場結合起來，才能實現(xiàn)健康快速發(fā)展。但關鍵問題是，目前很多石墨烯企業(yè)對下游應用市場不熟悉，與下游應用脫節(jié)。這是導致石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢的重要因素之一。
 
　　另外一個主要問題是，石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，一定要明確和準確，尋找能夠很好改進下游產(chǎn)品運用的新領域�，F(xiàn)在有的企業(yè)開始做電纜、涂料、散熱材料等，這些都會對現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)帶來很好的推動作用。就拿高分子材料領域來說，導電或消除靜電問題一直都沒有很好的解決辦法，而石墨烯就為這樣的問題提供了很好的途徑，是解決高分子材料問題的一個很好的方案，其他材料不可替代。
 
　　哈爾濱工業(yè)大學化工學院應用化學系教授袁國輝：
 
　　我認為，今后應引導、鼓勵石墨烯上游和下游企業(yè)進行聯(lián)合攻關，促進石墨烯產(chǎn)品快速進入市場并獲得應用。而聯(lián)合的方式則是在政府推動的前提下利用商業(yè)機制，通過商業(yè)行為和市場力量推動，會比行政推動更實一些。
 
　　中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會石墨專業(yè)委員會副秘書長劉榮華：
 
　　石墨烯產(chǎn)業(yè)應努力形成“政產(chǎn)學研金”協(xié)同創(chuàng)新的特色發(fā)展模式，政府與企業(yè)“熱情擁抱”，科技與金融“完美結合”。我認為，具備一定實力的企業(yè)研究或開發(fā)石墨烯，尤其是下游應用企業(yè)更具備優(yōu)勢�，F(xiàn)有的石墨烯企業(yè)可以聯(lián)合下游應用企業(yè)一起研究或開發(fā)石墨烯。此外，地方政府在規(guī)劃石墨烯生產(chǎn)基地時，應打造成產(chǎn)業(yè)鏈集群，不僅僅包括石墨烯制備企業(yè)，而且有必要引進下游應用企業(yè)。
 
　　華升工業(yè)股份有限公司董事長單永寶：
 
　　石墨生產(chǎn)企業(yè)應研究下游應用領域，與下游企業(yè)對接，這樣更有利于生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展。只有生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品應用到下游領域中，才能把產(chǎn)品真正推廣出去；反之，則不能量產(chǎn)，很難形成工業(yè)化。并且根據(jù)下游客戶的需求，有針對性地生產(chǎn)產(chǎn)品，可以讓企業(yè)少走彎路，也避免了資金損失。
 
(責任編輯：admin)
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    核心提示：5月23日，備受業(yè)界矚目的2016第八屆高工鋰電產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨2016高工金球獎評選啟動儀式將于深圳四季酒店舉辦。屆時，來自材料、設備、電池、BMS、整車等鋰電產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的近400位嘉賓將共聚一堂，就當前行業(yè)所面臨的機會和挑戰(zhàn)展開深度交流與探討。
    2016-05-18 13:31
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  • 充電運營：“硬件”與“軟件”缺一不可

    今年起，電動汽車充電接口及通信協(xié)議5項國家標準正式開始實施，這意味著政府主管部門已從硬件技術標準上規(guī)范充電設施的建設。 盡管硬件細節(jié)落地，但市場的軟件標準仍然缺失充電樁的運營仍存問題。雖然充電基礎標準已經(jīng)得到確定，但充電協(xié)議和支付端不兼容的
    2016-04-29 09:21
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  • 解析碳酸鋰和多晶硅“漲”的不同

    鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈的泡沫之爭大概歸結為碳酸鋰、六氟磷酸鋰的價格泡沫是否可持續(xù)，動力鋰電池是否馬上產(chǎn)能過剩這兩點。先來回顧碳酸鋰、六氟磷酸鋰的漲價概況。 碳酸鋰： 碳酸鋰是鋰電池正極材料和電解液不可或缺的原材料，電池用鋰純度要求為電池級碳酸鋰。15年
    2016-04-29 09:18
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  • 北京電動汽車充電設施規(guī)劃出臺 900米內(nèi)一“樁”

    北京市發(fā)改委昨天公布《北京市電動汽車充電基礎設施專項規(guī)劃（2016-2020年）》，提出到2020年，本市充電設施服務網(wǎng)絡可保障60萬輛電動汽車的充電需求；城市核心區(qū)、通州新城、亦莊、延慶冬奧區(qū)域的充電服務半徑小于0.9公里。 昨天發(fā)布的《專項規(guī)劃》描繪了北
    2016-04-22 10:39
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    2016-05-18 16:19

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