石墨烯產(chǎn)業(yè)：切勿重演“大煉鋼鐵”運動

劉忠范

中國現(xiàn)在處于“石墨烯淘金熱”中，全國各地都在做石墨烯產(chǎn)業(yè)，石墨烯這個詞幾乎家喻戶曉。作為如此火爆的“網(wǎng)紅”，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路到底該怎么走？怎么才能走得更穩(wěn)健、更長遠？這些應(yīng)該是科技界和產(chǎn)業(yè)界思考的問題。

石墨烯號稱“新材料之王”，是一種二維蜂窩狀純碳材料，集眾多特性于一身。它是目前最薄、最輕的材料，同時也是強度最高、最堅硬的材料。雖然石墨很軟，但是單層的石墨烯材料甚至比金剛石還硬。我們所熟知的金剛石導(dǎo)熱性很好，熱導(dǎo)率在2000W/mK（導(dǎo)熱系數(shù)）左右，而石墨烯的熱導(dǎo)率達到5300W/mK。石墨烯還兼具彈性、透明等特性，而且非常致密，只有質(zhì)子能夠穿透。這些優(yōu)良的特性賦予了石墨烯材料極為廣闊的應(yīng)用前景，這也是其吸引全世界眼球的根本原因。

理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感

中國擁有全世界最為龐大的石墨烯研發(fā)隊伍，從2011年起他們發(fā)表的學(xué)術(shù)論文數(shù)量就穩(wěn)居世界第一。中國申請的石墨烯專利數(shù)量也高居全球榜首，呈遙遙領(lǐng)先之勢。

目前，中國正在掀起一場轟轟烈烈的石墨烯產(chǎn)業(yè)化運動。全國有將近20家石墨烯產(chǎn)業(yè)園，而且這個數(shù)字還在持續(xù)增長。無論是發(fā)達地區(qū)，還是偏遠地區(qū)，都在建石墨烯產(chǎn)業(yè)園，這不禁讓人想起1958年大躍進時期的“大煉鋼鐵”運動。

然而，現(xiàn)實中的石墨烯材料與理想中的差距很大。理想的石墨烯具有完美的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)實的石墨烯就像一件破衣服，由無數(shù)個石墨烯微片拼接而成。石墨烯的結(jié)構(gòu)表面存在很多缺陷，還有很多臟東西。因此，實際制備出來的石墨烯材料性能沒有那么好，價值也沒有那么高。套用一句網(wǎng)絡(luò)語言，就是“理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感”。

石墨烯材料需持續(xù)投入更需耐心

我們雖然無法預(yù)測未來，但是可以回顧歷史，溫故而知新。比如大家所熟悉的碳纖維研發(fā)歷史就很有借鑒意義。1961年，大阪工業(yè)技術(shù)試驗所進藤昭男發(fā)明聚丙烯腈基碳纖維制備技術(shù)。1971年，日本東麗公司率先實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)，每月1噸的規(guī)模。東麗公司沿著T300、T800、T1000的標號之路不斷提升碳纖維的質(zhì)量，投入了1400多億日元研發(fā)資金，直到2003年贏得波音787合同后，才真正扭虧為盈。實際上，早年的碳纖維只能做釣魚竿，而現(xiàn)在的碳纖維已成為先進航空器的支撐材料。同樣是碳纖維，但二者的強度卻完全不一樣。相信石墨烯材料也會經(jīng)歷同樣的過程，要想實現(xiàn)這一過程的轉(zhuǎn)變，需要時間的積淀，需要持續(xù)的投入，更需要耐心。

石墨烯制備決定其未來不盡相同

制備決定未來?，F(xiàn)在的石墨烯并不等同于未來的石墨烯。

石墨烯可以分成兩大類：粉體石墨烯和薄膜石墨烯。它們的制備方法不同，用途也完全不同。從大規(guī)模生產(chǎn)的角度來講，粉體石墨烯通常從石墨出發(fā)制備，通過一系列的物理化學(xué)過程把石墨烯從塊體石墨上剝離下來。這種石墨烯一般質(zhì)量較差，但產(chǎn)量很大，也比較便宜。目前國內(nèi)產(chǎn)能已達到7000噸規(guī)模，實際產(chǎn)量也就百噸規(guī)模。

化學(xué)氣相沉積方法是規(guī)?；苽浔∧な┑耐ㄓ眉夹g(shù)，所得到的石墨烯質(zhì)量很高，當然也比較貴，目前國內(nèi)產(chǎn)能已達到年產(chǎn)百萬平米量級。北京大學(xué)在高質(zhì)量石墨烯制備方面做了大量的研究探索，在標號石墨烯薄膜、三維粉體石墨烯、超級石墨烯玻璃以及超級石墨烯光纖等研究領(lǐng)域取得一系列重要突破。

需要關(guān)注引領(lǐng)未來的核心技術(shù)

未來的石墨烯產(chǎn)業(yè)會是一塊大蛋糕。而這塊蛋糕我們能夠切到多少還是個未知數(shù)，這取決于我們現(xiàn)在關(guān)注的是什么。我們需要關(guān)注的是引領(lǐng)未來的核心技術(shù)，而不僅僅是今天的產(chǎn)品。當然，從一個實驗室材料和技術(shù)發(fā)展到產(chǎn)業(yè)需要走很長的路，需要投入、堅持和耐心。

中國擁有最龐大的石墨烯研究隊伍，但是非常分散，而且基本上是小作坊式的。另外，人們到處搞石墨烯產(chǎn)業(yè)園的做法，大部分也都是簡單的重復(fù)，缺少技術(shù)含量，急功近利現(xiàn)象非常嚴重。

很多人都認為石墨烯產(chǎn)業(yè)會很快走向大規(guī)?？焖侔l(fā)展階段，實際上并非如此。根據(jù)高德納公司（Gartner）的技術(shù)成熟度曲線，石墨烯產(chǎn)業(yè)其實仍處于早期階段，并且很快就會進入死亡谷，這時候最需要的是堅持、企業(yè)遠見和國家意志。碳纖維從小批量生產(chǎn)開始到現(xiàn)在已有45年的歷史，而石墨烯只有12年的歷史，這的確跑得有點快了。石墨烯產(chǎn)業(yè)畢竟是實體產(chǎn)業(yè)，絕不會像互聯(lián)網(wǎng)那樣一擁而上就起來。

當然，我們也看到了希望。北京市剛剛啟動了石墨烯專項，時間跨度是十年，即從“十三五”規(guī)劃到“十四五”規(guī)劃。我們的布局絕不僅僅是今天的產(chǎn)品，重點是未來的核心技術(shù)研發(fā)。

北京市的另一個重要舉措是成立北京石墨烯研究院，希望該研究院能夠引領(lǐng)石墨烯產(chǎn)業(yè)的未來。這個研究院生產(chǎn)的是技術(shù)以及由技術(shù)派生出來的企業(yè)群，還有最終的石墨烯產(chǎn)業(yè)，而不是今天的產(chǎn)品。

石墨烯產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的三大可能

石墨烯行業(yè)究竟前途無量還是曇花一現(xiàn)？首先，制備決定未來，尤其重要的是要有工匠精神。無論是什么新材料，如果我們能夠做到幾十年如一日地堅持研發(fā)，以中國人的聰明才智肯定能夠做好。但是目前人們的做法卻不是這樣，大多數(shù)人急功近利，只是短平快地賺錢而已。另外，石墨烯材料需要找到殺手锏級的用途，而不是萬金油式的應(yīng)用。期待超級石墨烯玻璃能夠成為其中的殺手锏級應(yīng)用產(chǎn)品之一。

很多人問石墨烯究竟能走多遠，經(jīng)分析，可能會有以下三種前途：

第一種類似于碳纖維。相信只要石墨烯原材料制造水平不斷提升，至少會像碳纖維那樣，成為某個特定行業(yè)的殺手锏級材料。

第二種類似于塑料。一百多年前人們發(fā)明了塑料，現(xiàn)在人們的日常生活都離不開它，我們甚至難以想象沒有塑料的生活將會是什么樣的。石墨烯有沒有這樣的可能呢？的確有可能，因為它用途非常廣泛。

第三種類似于硅芯片。這個時代可以稱為“硅時代”，因為硅改變了人類的精神生活。石墨烯或許也有這個可能。

回顧人類文明的發(fā)展歷史，從石器時代、青銅器時代到鋼鐵時代，現(xiàn)在可以說進入了硅時代。未來說不定會有“石墨烯時代”，讓我們一起期待并參與推進這個新時代的到來。

（本文轉(zhuǎn)自《科技日報》）