石墨烯行業(yè)重構(gòu)路線圖

沈嘉

原料成本、量產(chǎn)能力、標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證、應(yīng)用場(chǎng)景等是石墨烯行業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)，當(dāng)規(guī)模化制備得以解決，源源拓進(jìn)的技術(shù)研發(fā)成果讓石墨烯在關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用有了更多可能，類似鋁合金之于航空航天、半導(dǎo)體硅之于信息技術(shù)的現(xiàn)象級(jí)進(jìn)步或可實(shí)現(xiàn)。在此之前，集中尋求高端重點(diǎn)領(lǐng)域的技術(shù)突破與應(yīng)用成為石墨烯行業(yè)的主要挑戰(zhàn)。

從深入研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化攻堅(jiān)

前不久，中國(guó)青年學(xué)者曹原以闡述魔角石墨烯研究中的最新突破完成一周內(nèi)頂級(jí)論文兩連殺，引發(fā)業(yè)界的廣泛關(guān)注，石墨烯這種世界上最堅(jiān)硬、導(dǎo)熱系數(shù)最高、電阻最小的材料的應(yīng)用進(jìn)程有了再被加速的可能。

因在常溫下高數(shù)值的電子遷移率，石墨烯被視為理想的電池材料，作為陽極鑲嵌鋰離子和作為導(dǎo)電劑存在是目前石墨烯電池技術(shù)的兩個(gè)重要方向。石墨烯還是智能手機(jī)和新能源汽車領(lǐng)域的熱頻詞，雖然顛覆級(jí)的應(yīng)用產(chǎn)品（比如這兩個(gè)領(lǐng)域可采用的石墨烯電池）還猶如水中月、鏡中花，但也不乏以石墨烯技術(shù)為加持的代表產(chǎn)品，2018年華為推出的Mate20X引入石墨烯散熱技術(shù)是一例，通過工信部成果鑒定的可降低輸電損耗5%以上的石墨烯鋁合金電纜也是一例。而且，業(yè)內(nèi)公認(rèn)石墨烯在建筑節(jié)能、碳捕集、二氧化碳資源化利用等方面均有不俗的利用潛力，在碳中和戰(zhàn)略中大有發(fā)展機(jī)遇。

從技術(shù)門檻低、渠道為王的粗放式發(fā)展階段邁入技術(shù)門檻高、對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)有更高要求的高質(zhì)量發(fā)展階段是業(yè)界對(duì)石墨烯行業(yè)的當(dāng)下評(píng)析，現(xiàn)階段石墨烯產(chǎn)品的成熟應(yīng)用場(chǎng)景多在航空、航天、能源、交通以及海洋工程等方面。以石墨烯技術(shù)更好地解決腐蝕、加熱、能源傳輸?shù)葐栴}之后，更持久耐用的材料、超快速充電的大容量電池、更輕巧更快速的航空器、可以連接人體神經(jīng)元的仿生裝置等未來產(chǎn)業(yè)的基石級(jí)產(chǎn)品都有望成為現(xiàn)實(shí)。

2019年，我國(guó)首個(gè)石墨烯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《納米科技術(shù)語第13部分：石墨烯及相關(guān)二維材料》正式發(fā)布，石墨烯新材料行業(yè)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化攻堅(jiān)階段。培育發(fā)展未來產(chǎn)業(yè)需要搶位與積淀，進(jìn)入理性發(fā)展期后各地都在努力打造集“專業(yè)配套+公共檢測(cè)+研發(fā)代工+產(chǎn)業(yè)孵化”為一體的、功能齊備的石墨烯產(chǎn)業(yè)園區(qū)，加快石墨烯上下游應(yīng)用技術(shù)研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化，促進(jìn)石墨烯全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)?；?、高端化發(fā)展。

“味精”還是“維生素”

把石墨烯變?yōu)檎嬲暮卯a(chǎn)品——美好愿景尚在路上，2004年才被成功分離、判定、命名的石墨烯歷經(jīng)十多年的時(shí)間并沒有如預(yù)期般很快發(fā)展成為“新材料之王”，只是以“工業(yè)味精”之名閃耀業(yè)界——起到提升作用足矣，作為“主打”還欠缺火候，甚至很長(zhǎng)一段時(shí)間“萬物皆可石墨烯”的廣告營(yíng)銷響徹業(yè)界，最終落下一地偷換概念被揭穿后乏人問津的尷尬。

標(biāo)準(zhǔn)的缺失對(duì)石墨烯行業(yè)的發(fā)展最為不利，石墨烯材料有粉體、微片、漿料、薄膜等多種類別，因缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，市場(chǎng)上材料品種差異較大、等級(jí)規(guī)格各異、命名規(guī)則不一，而不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)κ┎牧系男阅芤蟊旧硪膊煌?，產(chǎn)品材料質(zhì)量的好壞便有“各說各話”的嫌疑。

“關(guān)鍵技術(shù)未突破，制約下游大規(guī)模應(yīng)用；以材料生產(chǎn)企業(yè)為主導(dǎo)，下游應(yīng)用企業(yè)參與度偏低；標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)體系不完善，產(chǎn)品魚龍混雜”，在中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院專家肖勁松看來，石墨烯行業(yè)的發(fā)展痛點(diǎn)在應(yīng)用端更為明顯。這也是歐美國(guó)家石墨烯行業(yè)發(fā)展在部分細(xì)分賽道領(lǐng)先的原因，美國(guó)、韓國(guó)、日本等國(guó)家都有一批應(yīng)用領(lǐng)域的龍頭企業(yè)、領(lǐng)軍企業(yè)深度參與石墨烯的研發(fā)與產(chǎn)品化，更敏銳把握需求端，發(fā)力更有精準(zhǔn)性。這與我國(guó)石墨烯領(lǐng)域以研發(fā)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)為主導(dǎo)、應(yīng)用企業(yè)參與積極性不高的路徑有異，很明顯歐美、日韓國(guó)家的路線已經(jīng)實(shí)現(xiàn)有成熟產(chǎn)品不斷出新，我國(guó)因缺乏長(zhǎng)期的投入周期以及相應(yīng)的穩(wěn)定性，受困“部分關(guān)鍵技術(shù)未突破、生產(chǎn)成本高、應(yīng)用效果不確定”。

另有數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)石墨烯專利申請(qǐng)量全球占比已從2016年的46%上升至2019年的69.4%，2020年年末，我國(guó)石墨烯專利申請(qǐng)量累計(jì)達(dá)5.5萬余件，其中企業(yè)專利申請(qǐng)量占比為50.56%。不過，盡管我國(guó)石墨烯專利涉及的技術(shù)領(lǐng)域最為廣泛，但論文影響力、企業(yè)創(chuàng)新方面仍顯不足，與之相對(duì)的是，歐美國(guó)家在石墨烯企業(yè)表現(xiàn)、論文影響力和專利布局方面均衡發(fā)展，高質(zhì)量論文、科研應(yīng)用轉(zhuǎn)化潛力等優(yōu)勢(shì)明顯。

這和當(dāng)年納米材料的境遇極為相似，“基礎(chǔ)研究進(jìn)展緩慢、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程技術(shù)含量低、小企業(yè)扎堆競(jìng)爭(zhēng)、龍頭企業(yè)布局緩慢”，熱度過后不至于一蹶不振也是淪為行業(yè)洼地，難以重回正常發(fā)展軌道。

只有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模成功應(yīng)用才能真正體現(xiàn)石墨烯的價(jià)值，因此有業(yè)界人士指出可進(jìn)一步發(fā)揮石墨烯“工業(yè)維生素”的功用，將其特點(diǎn)利用價(jià)值最大化，并從國(guó)家層面鼓勵(lì)石墨烯在電子信息領(lǐng)域的應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)部分重點(diǎn)領(lǐng)域“殺手锏”級(jí)別的應(yīng)用。