石墨烯：是水還是鉆石？

葉夢瑩

對于新材料石墨烯而言，學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界面臨權(quán)衡取舍。

科學(xué)家希望石墨烯像鐵器時代的鐵、硅時代的硅一樣，成為一種劃時代的高端材料。他們每每看到石墨烯被用到涂料、鋰電池、服裝等領(lǐng)域，總是搖頭說：“石墨烯沒有發(fā)揮出它的不可替代性，應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)該再高端些！”

產(chǎn)業(yè)家則看重它的實用價值，更愿意退而求其次。如果石墨烯能像玻璃、塑料這類高分子材料一樣改變?nèi)祟惖纳?，也不失為一種選擇。但它有可能會像水一樣，因為量大、廉價而被人們忽視其價值。

人們對石墨烯的高低端應(yīng)用，更面臨權(quán)衡取舍。所以，不難理解為何它總是充滿爭議。到底什么是石墨烯？為何它的爭議這么大？它到底是水還是鉆石？

理性回歸

很多人認為，石墨烯在芯片、顯示器等方面的應(yīng)用才真正發(fā)揮了石墨烯材料本身的作用，再加上能在芯片研發(fā)領(lǐng)域執(zhí)牛耳的機構(gòu)都是世界上高端電子制造業(yè)巨頭，這些領(lǐng)域被稱為“高端應(yīng)用”；而把石墨烯加入涂料或紡織品里，技術(shù)相對容易，進入門檻低，則稱為“低端應(yīng)用”。

“產(chǎn)業(yè)界不會按照科學(xué)家的理想來做。究竟誰能找到石墨烯獨一無二的應(yīng)用，仍是未知數(shù)?！背Ｖ菔锌萍季指本珠L、江南石墨烯研究院院長張朝暉告訴《經(jīng)濟》記者，真正做產(chǎn)業(yè)的人不會計較這些爭論?！拔覀儾荒苌窕?。如果它能對某些產(chǎn)業(yè)有技術(shù)推動作用，就是為社會、經(jīng)濟作貢獻了。”

與當(dāng)年的互聯(lián)網(wǎng)、碳纖維等新事物一樣，仍在概念期的石墨烯經(jīng)受著過山車般的考驗。在股市中炒作石墨烯概念股，假石墨烯充斥著市場，甚至不良商家虛夸石墨烯產(chǎn)品功能等亂象打破了石墨烯原來美好的形象。

“和去年相比，大家對石墨烯盲目追捧的聲音少了，業(yè)界更多地討論制約石墨烯商業(yè)化應(yīng)用的短板。石墨烯產(chǎn)業(yè)正在回歸理性?！敝锌圃荷轿髅夯┡c新能源材料課題組組長陳成猛對《經(jīng)濟》記者表示。

理性回歸主要體現(xiàn)在制備技術(shù)進步、價格降低、部分應(yīng)用成熟等三方面。陳成猛表示，從剝離的薄厚程度來看，十層以內(nèi)才叫石墨烯。這是正在制定中《石墨烯材料的術(shù)語、定義及代號》的國家標準及業(yè)內(nèi)達成共識的標準。國家標準公布后可起到正本清源的作用。市場上膨脹石墨、炭黑等假石墨烯便無立足之地了。

“治理假石墨烯的辦法很簡單。把市場上的石墨烯產(chǎn)品買回來，到第三方機構(gòu)進行檢測后，公布結(jié)果即可?！睆埑瘯煴硎?，但是它涉及的問題太多，很難執(zhí)行。“我們最終要依靠市場秩序來解決，但是要杜絕假石墨烯還很難。”

“在儲能、超級電容和導(dǎo)電油墨等領(lǐng)域，需求方對石墨烯的純度已提出更高的要求?！蹦壳暗臏y量方法能測出石墨烯里殘余的金屬離子含量、氧含量和灰分等?！坝行┦┮驗榧兌炔桓?，添加到鋰電池、超級電容、油墨等領(lǐng)域會出現(xiàn)很多問題?！标惓擅捅硎?，下游應(yīng)用端的反饋信息讓越來越多的人意識到石墨烯的純度是非常重要的指標?！耙驗樗绊懯┑钠焚|(zhì)、性能，甚至是價格。我們認識到哪些技術(shù)參數(shù)能精確地衡量石墨烯的品質(zhì)，更有利于行業(yè)發(fā)展?！?/p>

“2010年之前，石墨烯每克價值千元。目前氧化還原法制備的石墨烯降到10元/克。高附加值的領(lǐng)域可以接受這個價格?！标惓擅妥孕诺卣f。

“10元/克的價格還是太高。我們制備的石墨烯是1元/克。”新三板上市公司第六元素董事長瞿研表示，“價格、品質(zhì)已不是問題，問題是下游應(yīng)用尚未大規(guī)模放量。”

“我們的年產(chǎn)能是300噸石墨烯粉體，可能只能賣出幾十噸，我們會生產(chǎn)一定的庫存?！宾难行Φ溃骸笆┑暮锰幨欠挪粔?。一旦產(chǎn)業(yè)時機到來，出庫存就行了。否則到時再建工廠、搞生產(chǎn)會錯過時機?！?/p>

“目前已有不同行業(yè)的龍頭企業(yè)參與進來，我覺得這將成為石墨烯行業(yè)的轉(zhuǎn)折點?！宾难斜硎荆葋喌闲履茉雌囉檬?dǎo)電劑來提升鋰電池性能，華為手機、筆電也在開發(fā)石墨烯散熱，杉杉股份旗下的杉杉石墨烯研究院一直在研發(fā)石墨烯制備項目等?！拔腋杏X做實事的企業(yè)越來越多，這是好現(xiàn)象?！?/p>

推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級

石墨烯到底是水還是鉆石，至今仍無定論。

今年初，應(yīng)國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組的要求，國家發(fā)改委、工信部、科技部等部門對全國的石墨烯行業(yè)進行了一次聯(lián)合普查。中國國際石墨烯資源產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟負責(zé)了黑龍江和福建兩省的調(diào)研工作。中國國際石墨烯資源產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長兼秘書長劉瑋認為，通過這次全國調(diào)研，石墨烯在中國能做四件事：促進現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)升級，催生新產(chǎn)業(yè)，促進軍民融合，促進“一帶一路”國際合作。

“石墨烯不過是一種材料，能承載這么多社會功能嗎？”國家納米科學(xué)中心納米標準研究室主任葛廣路聽后反問道。

目前業(yè)界的共識是，石墨烯能幫助現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。陳成猛指出，中國是制造業(yè)大國，高分子行業(yè)、鋰離子電池、超級電容和裝備制造等傳統(tǒng)行業(yè)的產(chǎn)能很大。但在一些高端領(lǐng)域應(yīng)用的材料或產(chǎn)品，仍處于進口狀態(tài)。很多產(chǎn)品因為添加了石墨烯，可能替代原有的進口產(chǎn)品，也激發(fā)了企業(yè)的活力。

此外，國產(chǎn)的超高分子量聚乙烯纖維每噸售價約10萬元，加入千分之幾的石墨烯，超纖維的性能可達到甚至超過荷蘭帝斯曼優(yōu)質(zhì)超纖維的水平?！暗鬯孤睦w維每噸約40萬元，石墨烯令超纖維增加了30萬元的附加值。一旦市場打開，也是一個巨大的商機?！?/p>

劉瑋指出，中國航發(fā)北京航材院研制的石墨烯鋁合金在不降低導(dǎo)電率的情況下，其韌性、硬度、強度是鋁的三倍，石墨烯鋁合金電纜比鋼芯電纜更輕，比鋁合金電纜導(dǎo)電率更高。這是改進傳統(tǒng)電纜的好材料。劉瑋認為，未來石墨烯鋁合金電纜的市場潛力巨大。

“目前產(chǎn)業(yè)界都試圖用石墨烯改造其他產(chǎn)業(yè)。但由于介入的傳統(tǒng)領(lǐng)域不夠廣泛也不深入，導(dǎo)致產(chǎn)品推廣、運營的速度偏慢?！边@是令張朝暉最頭疼的事。“搞石墨烯的科研人員對其他行業(yè)了解較少，很多東西對我們來說是難事，但在其他行業(yè)看來卻很容易。我們需要把更多不同科研領(lǐng)域的人才凝聚起來，這樣才能少走彎路。”

軍民融合是趨勢

“很多新材料、新技術(shù)一般先從軍工領(lǐng)域開始，再慢慢轉(zhuǎn)到民用領(lǐng)域。過去碳纖維價格十分昂貴，起初應(yīng)用在航天航空領(lǐng)域，但是當(dāng)時誰能想到它能做魚竿、網(wǎng)球拍和自行車呢？”陳成猛指出，石墨烯的發(fā)展軌跡很可能像當(dāng)年的碳纖維?！跋葟能姽ず透呔獾阮I(lǐng)域入手，逐漸應(yīng)用推廣。目前石墨烯的成本較高，阻礙了它走進千家萬戶?！?/p>

“很多人還不知道，中國軍方在石墨烯領(lǐng)域的研究與歐美國家基本同步，很多應(yīng)用成果超越了西方國家?！眲|表示，中國軍工科研單位早在2007年就制備出了石墨烯，10年來，國家不惜重金投入，研發(fā)出了石墨烯復(fù)合材料在航空、航天、武器裝備上的很多應(yīng)用技術(shù)。其中大部分技術(shù)是可在民用領(lǐng)域推廣。

“我們在和軍工企業(yè)聯(lián)合研發(fā)防刺背心，軍工市場非常符合石墨烯的定位。”瞿研表示，第一，他們對價格不敏感；第二，對性能要求非常高；第三，他們的用量并不大。

劉瑋認為，在中國石墨烯能做的最后一件事是“一帶一路”國際合作?！耙粠б宦贰背h并不是將中國不需要的產(chǎn)能轉(zhuǎn)到“一帶一路”沿線國家，而是把我國的新技術(shù)、新產(chǎn)品結(jié)合中國文化通過“一帶一路”推廣出去，讓沿線國家分享中國經(jīng)濟發(fā)展紅利，共同繁榮。中國在石墨烯領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了彎道超車，就應(yīng)該順勢向海外市場推廣，擴大中國企業(yè)的國際市場份額，加強中國話語權(quán)。

“我們現(xiàn)在是兩條腿走路，一邊拓展石墨烯粉體應(yīng)用，一邊開發(fā)薄膜的應(yīng)用。石墨烯粉體應(yīng)用局面已經(jīng)打開，但石墨烯薄膜的市場面偏窄?！宾难懈械綄ふ沂┍∧?yīng)用出路的緊迫感。然而，這也是石墨烯產(chǎn)業(yè)要突圍的事。

尋找新動力

去年一家服裝廠商無錫格菲電子薄膜科技有限公司采購了一些石墨烯薄膜加熱片制作防寒服，之后贊助了2016年的南極馬拉松比賽。有趣的是，由于穿上了減重的防寒服，中國選手在比賽中首次取得了第一名。

石墨烯薄膜還可以做成柔性屏幕，但當(dāng)前整體產(chǎn)業(yè)鏈仍不成熟?！坝|屏可彎曲，但其他配件不能彎曲，無法達到理想的效果。”瞿研表示，石墨烯粉體在多個方向有所突破，未來大規(guī)模應(yīng)用只是時間問題?！暗鞘┍∧さ膽?yīng)用范圍過于狹窄，目前還沒有尋找到有價值的應(yīng)用方向?！?/p>

“石墨烯產(chǎn)業(yè)是一種技術(shù)推動型產(chǎn)業(yè)，而非依靠商業(yè)模式推動型的產(chǎn)業(yè)。依靠技術(shù)推動需要一定的時間周期。不是產(chǎn)業(yè)界不努力，也不是無法獲得別人的認可。產(chǎn)品的驗證周期，有可能是1年，也可能是三五年?！睆埑瘯熤赋?，盡管今年石墨烯技術(shù)成熟度有所提升，但依舊在涂料、加熱、散熱、鋰電池或超級電容領(lǐng)域進行探索，尚未催生新的產(chǎn)業(yè)。

“但是，未來石墨烯將催生出很多新的產(chǎn)業(yè)?！眲|指出，石墨烯和纖維的結(jié)合能夠制作出自發(fā)熱和有保暖功能的服裝。濟南圣泉集團研發(fā)的生物質(zhì)石墨烯纖維給服裝行業(yè)帶來了很多革命性的變化；在生物傳感器、生物醫(yī)藥領(lǐng)域，石墨烯也不斷改變著人們的認知。

“石墨烯應(yīng)用的觸角向外探索，仍需要產(chǎn)業(yè)界踏踏實實地干?！睆埑瘯熑缡钦f。

當(dāng)前我國正在積極參與石墨烯國際標準制定。2017年，葛廣路見證了3項石墨烯粉體測量方法成為國際標準提案的全過程。其中一項是陳成猛團隊主持的《石墨烯材料表面氧官能團含量的測定化學(xué)滴定法》。

“我國參與石墨烯國際標準的方向傾向于石墨烯粉體，而歐美國家主要在石墨烯薄膜領(lǐng)域發(fā)力。”葛廣路告訴記者，雖然我國石墨烯的專利、論文數(shù)量眾多。截至2017年3月，我國石墨烯專利技術(shù)已超過17600項。但從參與的國際標準來看，未免過于局限。

“不過可喜的是，我國在某些國際標準上逐漸起主導(dǎo)作用了?！睋?jù)葛廣路觀察，不少企業(yè)的研發(fā)人員參與國際標準申報、討論之后，能力有所提升。“有時起草一個文本能收集上百條意見，這也逼著企業(yè)去研究、改進。”

“這三項提案一旦成為國際標準，有助于石墨烯粉體材料的質(zhì)量控制，讓各國采用一致的測試方法，可以節(jié)省經(jīng)濟、時間成本?！备饛V路告訴記者。

“我們不能成為圈外人?！睆埑瘯熣J為，無論是國家標準還是國際標準，相關(guān)單位都應(yīng)該積極參與?！笆┐嬖诤芏嗖淮_定性，如果不參與就毫無機會?！?