石墨烯產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

劉忠范

我今天講的是石墨烯產(chǎn)業(yè)，嚴(yán)格說(shuō)談不上是產(chǎn)業(yè)，應(yīng)該說(shuō)還是萌芽中的新興產(chǎn)業(yè)。石墨烯是一種純碳材料，只有一個(gè)碳原子層，因其最薄、最輕、最強(qiáng)、最堅(jiān)硬的特點(diǎn)，所以號(hào)稱新材料之王。同時(shí)，它的柔性、透明度、穩(wěn)定性以及拉伸性都特別好?？梢韵胂笠幌?，集這么多優(yōu)點(diǎn)于一身，稱它是新材料之王是可以理解的，也因此被普遍認(rèn)為作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，它會(huì)主導(dǎo)未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)。另外，它在諸多領(lǐng)域像電子信息、航空航天、國(guó)防、節(jié)能環(huán)保、生物醫(yī)藥會(huì)有非常廣闊的應(yīng)用前景。

不過(guò)，未來(lái)的石墨烯產(chǎn)業(yè)還很漫長(zhǎng)，我認(rèn)為是充滿荊棘的一條路。石墨烯研發(fā)的門(mén)檻其實(shí)很高，我的團(tuán)隊(duì)多年來(lái)一直做石墨烯的研究，發(fā)現(xiàn)越做越難，所以絕非大量鋼鐵式的運(yùn)動(dòng)所能做的事情。那么，現(xiàn)在石墨烯產(chǎn)業(yè)究竟處于什么階段呢？很多人有這樣的誤解，認(rèn)為這個(gè)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用的前期階段，而實(shí)際上是屬于期望的頂峰階段。尤其石墨烯產(chǎn)業(yè)是實(shí)體產(chǎn)業(yè)，不是互聯(lián)網(wǎng)，不是虛擬產(chǎn)業(yè)，需要扎扎實(shí)實(shí)去做，從技術(shù)上去推進(jìn)才有可能在未來(lái)產(chǎn)業(yè)的大蛋糕上分一杯羹。

石墨烯是用單晶碎片堆積起來(lái)的多徑薄膜或粉體。在通常情況下，石墨烯工藝化的制備過(guò)程其實(shí)并不理想。雖然粉體石墨烯和薄膜石墨烯都是石墨烯，但是制作方法卻完全不一樣，用途也不一樣。此外，石墨烯和石墨差別就在于把石墨一層一層剝下來(lái)就是石墨烯，經(jīng)過(guò)各項(xiàng)處理就可以一層一層剝下來(lái)，兩層之間非常細(xì)，現(xiàn)在做出來(lái)的產(chǎn)品層數(shù)不好控制。相對(duì)而言，這類辦法質(zhì)量比較差，不是純鈦，里面也有氧、氫等其他的東西。另外，一公斤的石墨烯需要50公斤的濃硫酸，大量制備的時(shí)候可能會(huì)產(chǎn)生大量污染，這時(shí)候也需要大家提升環(huán)境保護(hù)的意識(shí)。

目前，制備的石墨烯材料與理想還差得很遠(yuǎn)，還有非常大的提升空間，因此我最近經(jīng)常講的是今天的石墨烯材料并不等同于未來(lái)的石墨烯材料，你能期待的用途也是截然不同的，當(dāng)年的碳纖維能做什么事，現(xiàn)在的碳纖維能做什么事，當(dāng)年是想不到的，所以從這個(gè)意義上講我們一定要明白，現(xiàn)在做的石墨烯，現(xiàn)在的用途未必甚至很有可能不會(huì)成為未來(lái)產(chǎn)業(yè)的核心。而對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，需要把它做到極致，才能形成產(chǎn)業(yè)，制備決定未來(lái)，關(guān)鍵是能不能做出真正好的石墨烯材料。

石墨烯的研究方向和趨勢(shì)

下面舉幾個(gè)例子，也是代表著現(xiàn)在石墨烯研究研發(fā)方向。首先是標(biāo)號(hào)石墨烯，這也是我們?cè)谧龅氖虑?，就像T300，石墨烯產(chǎn)業(yè)的基石畢竟會(huì)走這樣的路，也就是現(xiàn)在這個(gè)檔次還很低，必須得認(rèn)真往前提高檔次，最后才能越來(lái)越接近理想的狀態(tài)，最終才有可能變成未來(lái)的石墨烯產(chǎn)業(yè)。

其次是我們的第二代設(shè)備，所謂產(chǎn)能是每年2000平方米，質(zhì)量還是相當(dāng)不錯(cuò)的。如今，當(dāng)討論石墨烯材料或者石墨烯產(chǎn)業(yè)的時(shí)候，大家經(jīng)常有一個(gè)誤區(qū)，就是認(rèn)為有石墨礦資源就能發(fā)展石墨烯，把石墨礦跟石墨烯的概念混淆。雖然石墨礦可以發(fā)展成石墨烯，但是這條路未必劃算，也未必合理。所以在這里我覺(jué)得有石墨礦資源，也要慎重，不要簡(jiǎn)單地把石墨礦和石墨烯混為一談。

那么，有沒(méi)有其他可能的路徑甚至是更好的路徑去發(fā)展石墨烯？像我們的團(tuán)隊(duì)也在研究粉體石墨烯，通過(guò)硅藻土可以找到一種導(dǎo)電性比現(xiàn)有的石墨烯粉體至少高十倍的物質(zhì)，分散性也特別高。盡管導(dǎo)電性和分散能力的確是粉體石墨烯非常重要的指標(biāo)，但是還是會(huì)有其他的技術(shù)選項(xiàng)來(lái)做粉體石墨烯。

關(guān)于未來(lái)的石墨烯產(chǎn)業(yè)，我相信將是建立在石墨烯材料的殺手锏級(jí)的應(yīng)用基礎(chǔ)之上，而不是作為萬(wàn)金油式的添加劑。舉例來(lái)講，現(xiàn)在市場(chǎng)上的一些產(chǎn)品，包括護(hù)腰、涂料、復(fù)合材料、吸附、潤(rùn)滑產(chǎn)品以及石墨烯鋰電池、智能手環(huán)、石墨烯手機(jī)觸摸屏等等，這些方面應(yīng)該說(shuō)代表著我們國(guó)家現(xiàn)在研發(fā)石墨烯的主體產(chǎn)品，應(yīng)該說(shuō)在國(guó)際上處于第一方隊(duì)。但是跟國(guó)外相比，我們關(guān)注的點(diǎn)卻有點(diǎn)不太一樣，我把最新的世界移動(dòng)通信大會(huì)上的石墨烯展品給大家看一下，有石墨烯體驗(yàn)區(qū)，很能代表國(guó)際上在關(guān)注的方向。國(guó)際上關(guān)注的是石墨烯超級(jí)汽車，還有物聯(lián)網(wǎng)傳感器、可穿戴設(shè)備與健康管理、數(shù)據(jù)通信、能源技術(shù)、復(fù)合材料等等。

你會(huì)注意到國(guó)際上關(guān)注的東西至少宣傳的東西跟我們有點(diǎn)差別，他們關(guān)注的是未來(lái)。我要說(shuō)的是，未來(lái)的石墨烯產(chǎn)業(yè)肯定會(huì)是一塊大蛋糕，不過(guò)我們能切到多少，取決于現(xiàn)在關(guān)心什么、關(guān)注什么。我覺(jué)得我們的確不能僅僅關(guān)注今天的產(chǎn)品，要關(guān)注引領(lǐng)未來(lái)的核心技術(shù)，這點(diǎn)非常重要。

下面，我舉幾個(gè)我的團(tuán)隊(duì)在關(guān)注的事情，一個(gè)是超級(jí)石墨烯玻璃，這是我們獨(dú)有的技術(shù)，石墨烯作為一層來(lái)說(shuō)自己不能單獨(dú)拿出來(lái)的，我們第一次實(shí)現(xiàn)了把它放到玻璃上，大家知道玻璃到處都在用，我們的策略就是讓玻璃搭在石墨烯上，讓它通過(guò)這個(gè)來(lái)走進(jìn)市場(chǎng)，走進(jìn)千家萬(wàn)戶。石墨烯玻璃跟玻璃的結(jié)合是完全互補(bǔ)的，兩個(gè)都是透明的，所以說(shuō)保持玻璃的本性，但是一個(gè)是電的良導(dǎo)體，一個(gè)是電的絕緣體；一個(gè)是水的電熱體，一個(gè)是水的絕緣體。大家一定要明白，不是把石墨烯粉涂到上面去，我們是用高溫做出來(lái)的東西。這個(gè)產(chǎn)品實(shí)際上有很廣闊的應(yīng)用前景，比如說(shuō)做電致變色窗、職能電車、玻璃暖氣片、高效細(xì)胞培養(yǎng)皿等。

另外一個(gè)領(lǐng)域是超級(jí)石墨烯光纖，為什么把光纖和石墨烯結(jié)合起來(lái)，光纖就是石英，最早在石英成功長(zhǎng)出石墨烯，所以把石墨烯和光纖結(jié)合起來(lái)，各種類型的光纖都可以展示非常漂亮的石墨烯。那么結(jié)合了之后可以做什么，做電光調(diào)制器，光纖探測(cè)器，還有第三代半導(dǎo)體照明。我們現(xiàn)在還在嘗試用普通玻璃做同樣的事情，那個(gè)可能真是做到又便宜，性能又好，所以我們也期待作為下一代半導(dǎo)體照明技術(shù)的一個(gè)基礎(chǔ)。

對(duì)石墨烯產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識(shí)和建議

那么我來(lái)簡(jiǎn)單地梳理一下我個(gè)人的看法，關(guān)于中國(guó)石墨烯材料產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，一件事不可否認(rèn)，的確是擁有最龐大的技術(shù)研究隊(duì)伍和研發(fā)隊(duì)伍，但是這些初創(chuàng)型小微企業(yè)居多，處于小作坊式各自為政的狀態(tài)，有實(shí)力的大企業(yè)實(shí)質(zhì)性參與很少。急功近利傾向嚴(yán)重，缺乏對(duì)未來(lái)石墨烯產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)的關(guān)注，專利數(shù)量多，但創(chuàng)新能力不足，缺少真正的核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)。我跟研發(fā)隊(duì)伍、研發(fā)單位接觸比較多，其實(shí)真正涉及到某一方面的時(shí)候，核心專利被人家布局完了，我們只能繞過(guò)那個(gè)專利，所以80%的專利有多少是核心專利，有多少能派上用場(chǎng)，真是不好講，需要我們重視。

另外，資本市場(chǎng)的炒作魚(yú)目混珠，這也是現(xiàn)實(shí)，產(chǎn)業(yè)園區(qū)盲目建設(shè)，簡(jiǎn)單重復(fù)現(xiàn)象嚴(yán)重。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該說(shuō)正在做，尚未建立，市場(chǎng)產(chǎn)品魚(yú)龍混雜，經(jīng)費(fèi)投入分散且嚴(yán)重不足。

我認(rèn)為，政府在當(dāng)中要明確決策定位，著重布局未來(lái)石墨烯產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)，將中低端產(chǎn)品放手交給市場(chǎng)和企業(yè)。政府對(duì)現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，應(yīng)該可以鼓勵(lì)大家，但是要抓住大家現(xiàn)在做不懂的東西，做未來(lái)的布局，如果市場(chǎng)和企業(yè)都能做的事情，其實(shí)政府只需要布局環(huán)境就可以了。

另外還應(yīng)該建設(shè)數(shù)個(gè)面向未來(lái)石墨烯產(chǎn)業(yè)的高端研發(fā)機(jī)構(gòu)，集中投入穩(wěn)定支持，體現(xiàn)國(guó)家意志。作為戰(zhàn)略性新型材料說(shuō)明它非常重要，不可能在幾年之內(nèi)搞定，這時(shí)候?qū)ζ髽I(yè)來(lái)說(shuō)，當(dāng)然要考慮利益，不過(guò)國(guó)家的意志應(yīng)該體現(xiàn)在對(duì)未來(lái)的布局，而不是混同角色跟市場(chǎng)一起去做。

與此同時(shí)，在《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略的推動(dòng)之下，需要培育工匠精神，我認(rèn)為石墨烯應(yīng)該是非常好的抓手。如何去把石墨烯做大做強(qiáng)，應(yīng)該重點(diǎn)布局石墨烯材料生產(chǎn)裝備，帶動(dòng)新材料產(chǎn)業(yè)裝備制造業(yè)的發(fā)展。那么以石墨烯新材料研發(fā)為抓手，要鼓勵(lì)體制機(jī)制創(chuàng)新，建立一個(gè)高效的產(chǎn)學(xué)研體系，所有這些都是需要國(guó)家鼓勵(lì)去做的事情。