石墨烯：接棒硅時代？

　　石墨烯是21世紀最受期待的“神奇材料”，一經問世便受到科學界的廣泛關注。而真正把它帶入人們視野的是一則有關“超級電池”的消息。充電時間不到8分鐘，續航能力高達1000公里，如果這款由石墨烯聚合材料電池提供電力的電動汽車實現量產，對傳統汽車行業無疑是毀滅性的打擊。

　　石墨烯的“神奇”并不局限于新型電池，華為創始人任正非曾說，未來10～20年內會爆發一場技術革命顛覆時代，石墨烯時代將取代硅時代。作為新一輪材料革命的種子選手，各國均致力研發以求搶占先機。一股石墨烯研究熱潮在全世界范圍悄然升溫，其商業化過程中存在的問題也層出不窮地浮出水面。

　　當“石墨烯”僅是石墨烯

　　曼徹斯特大學副校長ColinBailey稱：“石墨烯有可能徹底改變數量龐大的各種應用，從智能手機和超高速寬帶到藥物輸送和計算機芯片。”科學家甚至預言其將“徹底改變21世紀”。這里提到的石墨烯，究竟是何方神圣?它真的能帶來顛覆嗎?

　　石墨烯是已知的最薄、最堅硬的納米材料。它的透光率高達97.7%，幾乎完全透明；導熱系數高達5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石；常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V·s，高于硅晶體；而電阻率只有10-8Ω·m，比銀更低，為世上電阻率最小的材料。如此看來石墨烯可謂實至名歸。

　　2014年11月，由中國國家發改委、財政部和工信部發布的《關鍵材料升級換代工程實施方案》將石墨烯列為20種重點新材料之一，而科學界正致力于揭開石墨烯未來潛在應用的冰山一角。浙江大學高超教授課題組近期發現一種新型、廉價、無毒的鐵系氧化劑，它將在一小時內完成單層氧化石墨烯的制備，有望在工業上大規模應用。同時，石墨烯在鹽水中的自發電現象被科學家高度重視，它為綠色發電提供了無限可能。

　　“石墨烯最有可能在新能源電池、電子設備和航空航天領域實現商業化應用”，基于目前已有的研究成果，中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟秘書長李義春做出如此預測。他同時表示：“2015年將成為中國石墨烯產業爆發的元年，今年以石墨烯為添加劑的鋰電池有望最早實現產業化生產。”

　　李義春將我國石墨烯電池的研究分為兩部分：在傳統鋰電池上進行應用以及依據石墨烯制造一個新體系的電池。石墨烯超級電池的成功研發，克服了電池產業的發展瓶頸，解決了新能源汽車電池的容量不足以及充電時間過長的問題，若能批量生產，則將為電池產業乃至電動車產業帶來新的變革。而美國麻省理工學院成功研制的表面附有石墨烯納米涂層的柔性光伏電池板，可極大降低制造透明可變形太陽能電池的成本，為光伏產業的生存提供了出路。

　　同時，石墨烯在電子領域也大顯神威。備受矚目的可彎曲屏幕或將成為未來移動設備顯示屏的發展趨勢，屆時作為基礎材料的石墨烯將前途無量。有數據顯示2013年全球對手機觸摸屏的需求量大概在9.65億片。到2015年，平板電腦對大尺寸觸摸屏的需求也將達到2.3億片，這為石墨烯的應用提供了廣闊的市場。韓國三星公司的研究人員也已制造出由多層石墨烯等材料組成的透明可彎曲顯示屏，我國重慶墨烯科技有限公司更是先其他國家一步實現石墨烯手機的量產。

　　石墨烯在航天軍工領域的應用優勢也極為突出，它的高導電性、高強度、超輕薄等特性彌補了傳統材料的缺陷。美國NASA已開發出應用于航天領域的石墨烯傳感器，能很好的對地球高空大氣層的微量元素、航天器上的結構性缺陷等進行檢測。同時，石墨烯在超輕型飛機材料等潛在應用上也將發揮更重要的作用。

　　當“石墨烯”不只是石墨烯

　　正是看到了石墨烯的應用前景，許多國家紛紛成立石墨烯相關技術研發中心，嘗試使石墨烯商業化，進而在工業、技術和電子相關領域獲得潛在的應用產權。歐盟委員會將石墨烯作為“未來新興旗艦技術項目”，設立專項研發計劃，將在10年內撥出10億歐元經費。英國政府也投資建立國家石墨烯研究所(NGI)，力圖使這種材料在未來幾十年里可以從實驗室進入生產線和市場。

　　目前全球已有超過200個機構和1000多名研究人員從事石墨烯技術的開發和研究，其中不乏三星、IBM等科技巨頭，也有中國的新興科技企業。經過幾年發展，我國石墨烯產業基本形成以江蘇省為聚合區，其它多地碎片化存在的產業格局。其中，僅常州市就有石墨烯原料制備及應用領域企業33家，高新技術企業16家。常州二維碳素科技有限公司于2013年建成國內首條年產3萬平方米石墨烯透明導電薄膜生產線，成為全球首家擁有獨立知識產權、率先實現石墨烯手機觸摸屏生產的企業。而常州第六元素材料科技股份有限公司2013年開發出國內首條大規模、全自動粉體石墨烯生產線，在提高產能的同時大大降低石墨烯價格，讓石墨烯大規模工業化應用成為可能。

　　產業發展亮點頻現的同時，也折射出產業泡沫化的隱憂。石墨烯巨大的商業價值激起了政企的投資熱情，以致大量資金迅速涌入石墨烯領域，行業規模空前膨脹。中科院院士劉忠范認為，國內的石墨烯研究存在太多急功近利的行為。在巨大發展前景面前，誰都不愿放棄唾手可得的利益空間，一些與石墨烯毫無關聯的草根企業甚至也改頭換面加入研發大軍。在石墨烯科研進展緩慢的當下，這種火熱程度恐怕歸根結底是資本炒作在作祟。這里也似乎折射著當年造船熱和光伏熱的縮影，有企業家的盲目，也有地方政府的GDP沖動。“一窩蜂而上的結果必定是一窩蜂而下”，劉忠范如是說。如果商業領域一味夸大其神奇之處，可能會導致石墨烯產業變成泡沫，一旦破裂，那么也許技術和工業的進展也無法拯救它。

　　石墨烯技術破解有方

　　“中國石墨烯產業研究在各行各業均產生了一些實驗室成果，不少研究成果已經開始觸摸到了應用層面。但在光伏、微芯片等高端產業，還存在著由于技術門檻高、投入資金巨大、應用企業合作等問題，目前多數處于實驗室階段和計劃階段，無法實現產業化生產。”正如李義春所說，石墨烯作為一個剛剛興起、遠不成熟的行業，雖是資本市場的熱門概念，但上游強下游弱、重科研輕應用、噱頭多實干少等現實已成為產業發展亟須突破的瓶頸。為此我國應引入合理的政策導向和行業標準，避免在國際競爭中先發而后至。

　　首先，精準扶持重點企業，建立良性引才體系。中國高純度大面積、大批量制備石墨烯的工藝已經達到了世界領先水平，但基礎理論研究、石墨烯的高端應用則進展緩慢。更值得關注的是我國有關石墨烯的ZL數在世界名列前茅，但真正涉及核心技術的則為數寥寥，這與我國“一窩蜂”式的產業模式不謀而合。為此，應加大對重點企業的扶持力度，將重點從利益微薄的產業鏈上游向產業鏈下游轉移。同時配備以良性引才制度，減少人才的流失，提高整體科研水平，促進石墨烯產業向更高層次邁進。

　　其次，將企業定位為研發主體，有效推進產研結合。當今世界石墨烯的主流研發主體皆根植于企業，如韓國的三星公司，引領產學研結合的多維格局。而在我國，石墨烯相關技術的研發主體仍然是大學和科研機構。這就造成雖科研成果眾多但實際應用價值不高的研發現狀。針對該現象，深圳清華大學研究院原院長馮冠平認為：“可參考美國模式，在產業發展初期加大投入力度，政府推動引導資金向高科技資金、孵化器企業傾斜，利用企業的主體地位推動創新。”讓研發主體立足于企業，這將從根本上解決我國技術列車的脫節問題。

　　再次，細分行業標準。日前，石墨烯國家標準制定工作正式啟動，將針對2014年批準立項的《石墨烯材料的名詞術語與定義》等4項國家標準項目進行討論，對石墨烯核心術語、材料定義、制備方法等方面進行界定。全國納標委納米材料分會秘書長戴石峰說：“我們希望通過制定石墨烯國家標準，更好地引導和促進石墨烯產業健康有序發展，使這種具有卓越性能的新材料更好地在各個領域得到推廣應用。”屆時，石墨烯產業將擺脫無標準的窘境，在規范產品的同時免除了石墨烯研發企業的后顧之憂。

　　最后，制定合理的環境預警方案。目前我國的石墨烯產業處于起步階段，環境效應還未凸顯，雖現在對它的環境影響下斷言還為時太早但未雨綢繆仍是十分必要的。就如目前已實現量產的氧化石墨烯納米顆粒，它在地表水里十分穩定且極易擴散，如發生污染后果將十分嚴重。趨利性容易讓人們忽視潛在的環境風險，盡早制定合理的環境預警方案才是可持續發展之大計。