“萬能材料”石墨烯頻頻受追捧 產業化之路有多遠？
時間:2016-01-15 08:56來源:中國化工報 作者:西顧
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在剛剛過去的2015年，石墨烯不僅搶占了新材料領域的“頭條”，還受到了眾多科研院校和企業的追捧，有關石墨烯的消息也頻頻出現在各大媒體。記者了解到，僅2015年黑龍江省就有幾家企業相繼建廠，并與各大院校和科研院所合作開展石墨烯項目。
在短短的十幾年時間內，人們不僅耳熟了石墨烯，也漸漸了解了石墨烯。那么，目前我國石墨烯發展現狀如何？何時才能真正實現工業化？我國石墨烯的發展存在哪些問題？如何促進石墨烯行業健康快速發展？帶著這些問題，記者采訪了業內人士。
先導產業初打造
據復旦大學高分子科學系教授盧紅斌介紹，根據諾貝爾獎獲得者Geim和Novoselov的定義，石墨烯是指“具有蜂窩晶格結構的、單個碳原子厚度的二維碳膜”。然而，學術上有許多研究涉及多層堆積的石墨烯片層，因此，現在人們往往將其分為“單層石墨烯”和“少層石墨烯”（小于10層）”，而10層以上的人們通常稱之為“石墨微片”。這應該是目前石墨烯國家標準中最終確定的定義，也是目前學術界廣泛接受的觀點。
清華大學材料科學與工程系教授沈萬慈介紹，繼2004年之后石墨烯在全世界都熱了起來，后來在國際會議上確定，1~10層公認為是石墨烯，超過10層以上的叫納米石墨片。現在網絡上也有叫類石墨烯產品或是多層石墨烯，其中類石墨烯接近石墨烯，但不是石墨烯，多層石墨烯叫法也是錯誤的。真正充分表現石墨烯高強度、透光、導電性等特點，是越薄越明顯，尤其是單層最明顯。例如從透光率來說，5層以上基本不透光。
沈萬慈還介紹，目前石墨烯的制備方法基本有兩類：一類是以氧化還原技術為代表的剝離方法；另一種是氣相化學合成，也就是CVD方法。這兩類產品不一樣，用途也不一樣。而目前用天然石墨等制備石墨烯，最多采用的是氧化還原法，用強氧化劑處理石墨成為氧化石墨，然后使之剝離分散成為氧化石墨烯，再經還原以后才是石墨烯。
氧化還原法制備的是石墨烯粉體和漿料等，通常計量單位為克、千克、噸等。采用CVD方法制備的是石墨烯膜，成本較高，但其利用價值也高。這類產品的計量單位是平方米。真正能夠發揮石墨烯性能的，特別是在電子產品上有應用前途的是石墨烯膜，比如觸摸屏等都是由石墨烯膜制成。
氧化還原法制備的是石墨烯粉體和漿料等，通常計量單位為克、千克、噸等。采用CVD方法制備的是石墨烯膜，成本較高，但其利用價值也高。這類產品的計量單位是平方米。真正能夠發揮石墨烯性能的，特別是在電子產品上有應用前途的是石墨烯膜，比如觸摸屏等都是由石墨烯膜制成。
《“十二五”期間中國石墨烯行業深度市場調研與投資戰略規劃分析報告》顯示，我國已申請了2200多項石墨烯專利技術，占世界石墨烯專利總數量的1/3。實際上，在“十二五”期間，我國各地政府已經瞄準石墨烯這一新材料，并相繼成立了一系列石墨烯產業化基地，包括寧波石墨烯產業園、常州江南石墨烯研究院、無錫石墨烯產業化示范區、青島國際石墨烯創新中心和重慶石墨烯產業園。此外，多個省份如安徽、黑龍江、湖南等也已開始著手籌劃石墨烯產業發展規劃。
經過幾年的前期準備，我國已將石墨烯列入“十三五”重點發展的基礎新材料，一系列相關政策也于近期出臺。其中，工信部、發改委、科技部于2015年11月30日聯合下發了《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》（簡稱《意見》）提出，把石墨烯產業打造成先導產業，到2018年，石墨烯材料制備、應用開發、終端應用等關鍵環節良性互動的產業體系基本建立，產品標準和技術規范基本完善，開發出百余項實用技術和樣品，推動一批產業示范項目，實現石墨烯材料穩定生產以及在部分工業產品和民生消費品上的產業化應用。到2020年，形成完善的石墨烯產業體系，實現石墨烯材料標準化、系列化和低成本化，建立若干具有石墨烯特色的創新平臺，掌握一批核心應用技術，在多領域實現規模化應用；形成若干家具有核心競爭力的石墨烯企業，建成以石墨烯為特色的新型工業化產業示范基地。
可以預見，我國的石墨烯產業在“十三五”期間可望取得快速發展，并拉動包括新能源、新材料以及交通運輸、電力等諸多產業的發展。
攜手共推促發展
如何讓石墨烯產業快速健康發展，是許多業內人士的目標，也是正在尋找和研究的方向。面對幾近瘋狂的炒作和急功近利的現象，在質疑石墨烯產業化之路到底有多長之時，業內專家紛紛提出了自己的建議。
就產業發展，沈萬慈認為，所謂先導產業，就是石墨烯作為最基礎的新材料，帶動下游產業應用，形成產業鏈。目前的主要任務是踏踏實實做好石墨烯應用研發工作，就是終端產品的研發。生產出終端產品，市場認可，有一定的需求量，哪怕一年幾百噸，也能形成一個產業鏈。他分析，前幾年在制備方法上做了很多研究，現在氧化還原方法已經比較成熟，CVD制備石墨烯膜也達到一定的規模。但現在終端產品基本上都是樣品，比如觸摸屏、超級電容器、導電劑、海水凈化膜等，不是最終產品，沒有形成批量生產。一個材料如果沒有應用市場，不可能形成產業。所以，要特別加強技術研發，真正開發出終端產品并被市場認可。
沈萬慈指出，石墨烯應用的最重要領域是電子技術，在微電子技術向納電子技術的轉型中，石墨烯材料會起到主要作用。這方面的研究國內相對較少，需要加強。
劉榮華則認為，應該從國家層面統籌或規劃石墨烯產業的發展，每個地方應差異化發展，避免同質化競爭，避免產能過剩。地方政府也可以整合當地科研機構資源，對接或服務這些石墨烯企業。此外，政府還應出臺相關政策來支持石墨烯產業發展。
北京有色金屬研究院總院高級工程師劉冠偉認為，氧化石墨烯以及石墨烯類物質從性能上來說不算太出眾，想要制備出高附加值、高技術含量的產品比較困難。制備高性能的石墨烯材料，開發真正的高端用途，可能更為符合國家希望依靠石墨烯實現做大做強中國工業，實現產業升級的期望。
針對石墨烯產業的發展，袁國輝也提出幾點建議：一是制定國家石墨烯產業化發展戰略和規劃。在政府政策的引導下，搭建好若干產學研研發平臺或產業園區，有針對性的重點布局，重點攻關，避免重復投入和低水平重復性研究。一方面，要加強真正原創性的基礎研究和應用基礎研究；另一方面，高度重視面向產業化的關鍵技術和工程化研究。二是在有發展條件和研發基礎的地區，建立若干石墨烯工程技術中心，面向市場，重點研發各具特色的石墨烯產業化技術及產品，并進行推廣。三是鼓勵石墨烯材料及相關產品的應用技術研發和商業化生產，可以采取多種措施，鼓勵具有研發和市場能力的企業做強做大，要扶植起若干具有全局性作用的龍頭企業。四是鼓勵具有一定規模、具備發展潛力的石墨烯企業進入資本市場，利用市場的力量規范石墨烯產業的發展。
同時，袁國輝還對黑龍江省發展石墨烯提出了具體建議：一是在全省一盤棋的思想下，規劃以哈爾濱為中心，建立石墨烯新技術、新材料、新應用研發，產業技術孵化基地，以雞西、鶴崗為兩翼，建立石墨烯及高端石墨新材料生產基地；二是以哈爾濱萬鑫石墨谷產業園為載體，在哈爾濱市建立石墨烯產業研發及應用研究平臺，建設企業化運作、開放式的石墨烯研發、檢測公共服務平臺；三是省政府應給予石墨烯產業非常規、高強度支持，設立專項資金給予石墨烯產業園區定向支持，同時搭建融資平臺優先支持石墨烯產業；四是設立專項資金，支持天然石墨制備粉體石墨烯產業化關鍵技術研究和薄膜石墨烯制備關鍵技術研究，支持石墨烯產品開發及應用技術研究；五是以黑龍江省石墨類新能源材料工程技術研究中心和貝特瑞—哈工大聯合實驗室為基礎，建設和申報國家級石墨新材料工程技術研發中心；六是設立專項資金，鼓勵企業參與相關石墨烯國家標準的制定工作，促進黑龍江省石墨烯產業標準化建設。
概念炒作幫倒忙
雖然三部委的《意見》出臺時間不久，但石墨烯這一概念卻早已深入人心。國內外各大媒體相繼報道了石墨烯電池、手機屏等相關產品，一些企業紛紛把發展導向引向石墨烯。幾年時間里，石墨烯就已在國內以迅猛之勢發展起來，不覺讓人們驚奇石墨烯產業發展速度之快、產品性能之好。但是在這些“光環”和驚奇的背后，一些業內專家對此提出了質疑。他們認為，目前石墨烯產業的這種“紅火”現象并不正常，而且石墨烯產業目前來說是先導產業，還沒真正形成自己的產業，發展背后還存在著一定困難和問題。
首先，炒作、急功近利現象明顯。現在只要隨意在互聯網上搜索石墨烯，就會有大篇幅有關石墨烯、石墨烯電池的報道撲面而來。沈萬慈認為，現在對石墨烯炒作得太厲害，有些東西不太真實。現在石墨烯產業確實正在發展，而且發展勢頭非常好，將來也會形成一個很大的產業。但是現在還沒有真正形成產業。從產業發展情況看，目前制備石墨烯的技術基本具備，正在實現產業化，如寧波墨烯、常州第六元素公司等，建了每年百噸級生產線。不過真正的產量很有限，賣出去的產品更少，大多是送出去做實驗用。
哈爾濱工業大學化工學院應用化學系教授袁國輝也認為，目前，國內的石墨烯研究存在太多急功近利的行為，也存在太多的炒作嫌疑。比如，我們經常可以在媒體上看到與石墨烯有關的研究進展和某種石墨烯產品的問世，但實際進展、產業化研發和市場情況并不樂觀。在石墨烯產品的產業化技術發展上，存在一哄而上、炒作痕跡明顯的現象。
那么，是什么原因造成這種現象？業內人士分析稱，一是石墨烯概念炒得太火，某些新聞媒體對石墨烯應用的報道存在偏差或夸大，缺乏客觀性，導致相關部門或企業對于石墨烯的認識存在誤區，造成一種好像很簡單，“短平快”一夜暴富的氛圍。二是有個別企業想通過“引入”石墨烯，從而得到國家和政府的資金支持等。
沈萬慈認為，不同于其他新材料產業，石墨烯是一個高速發展的領域，但同時也是處于成長過程中的新領域，不是短時間內就能立竿見影看到效益。而這種一哄而上的現象，造成的最大危害則是上一大批低端同質的項目，實際上技術、人才、資金都不靠譜，最終造成浪費，給石墨烯產業健康發展幫倒忙。
中國非金屬礦工業協會石墨專業委員會副秘書長劉榮華也指出，目前全國有多個地方在規劃石墨烯生產基地，功能性都差不多，未來會出現同質化競爭，最終導致價格競爭，不利于行業的發展。此外，目前大部分石墨烯企業經濟實力很弱，基本都是科研院校的研究人員出來創業。而石墨烯產業是技術+資本密集型行業，這些企業持續投入研發，若沒有外來資本介入，這些石墨烯企業最終會退出該行業。
其次，產業化制備技術還需要經受市場考驗。沈萬慈指出，沒有長時間批量生產的生產線都是不穩定的，如果有市場連續生產都會有問題。所有產業都是這樣，第一批樣品出來以后，在運行過程中都會不斷地出現問題，不斷改進，最后才能形成成熟的技術及設備。
盧紅斌認為，多數企業采用的規模化制備技術需進一步完善，這體現在多個方面，如產品質量、環保壓力、工藝過程優化和批次穩定性以及下游創新性應用的開發與推廣。雖然石墨烯產業鏈初步形成，但盈利能力不足，這往往和技術革新進步以及企業運營模式密切相關，研發投入普遍不足。
再次，目前石墨烯生產企業多是小企業，且融資困難，在很大程度上制約著企業的快速發展。資本介入現階段仍存疑慮，觀望中居多。“從產業技術研發的企業看，國外長期系統性石墨烯研究的大多是具有雄厚實力的大企業，或者是在政府支持下進行的系統性研發，如三星、LG、IBM等國際大公司都投入大量的人力和物力，對石墨烯進行長期的系統研究。歐盟更是投入巨資，將石墨烯研究列入未來新興旗艦技術項目，并設立專項研發計劃，該計劃將在未來10年內獲得10億歐元的經費。而國內多是小作坊式的企業，真正有雄厚科研實力的大型上市公司的直接參與還較少，缺乏龍頭企業的引導以及雄厚的人力、物力和財力基礎來支撐。”袁國輝這樣表示。
因此，石墨烯產業化還需要一段時間才能實現。沈萬慈認為，去年年末出臺的《意見》中指出把石墨烯打造成先導產業，但還沒有形成產業。當前是從實驗室走向產業化的關鍵時期，并沒有走向產業化，短期內成支柱產業還不太可能。
盧紅斌也分析稱，石墨烯制備技術雖已成熟，但是在石墨烯陸續投放市場時，還會經受市場的考驗；針對下游應用領域，科研人員還要進一步完善和優化技術，針對每一個應用領域的要求，優化每一個石墨烯產品的性能和穩定性。但這個過程不是短暫就能實現的，而是需要若干年的積累。
【相關評論】實現市場對接是關鍵
復旦大學高分子科學系教授盧紅斌：
“十三五”開年之時，發展石墨烯產業非常有意義。現在很多國家都在推動和發展，那就要看誰推動得力、方法得當。石墨烯產業不像其他傳統產業，更需要有技術的完善和推動來打開市場。我建議，發展石墨烯產業的切入點，應該把上游生產企業與下游應用市場結合起來，才能實現健康快速發展。但關鍵問題是，目前很多石墨烯企業對下游應用市場不熟悉，與下游應用脫節。這是導致石墨烯產業發展緩慢的重要因素之一。
另外一個主要問題是，石墨烯產業的發展方向，一定要明確和準確，尋找能夠很好改進下游產品運用的新領域。現在有的企業開始做電纜、涂料、散熱材料等，這些都會對現有的產業帶來很好的推動作用。就拿高分子材料領域來說，導電或消除靜電問題一直都沒有很好的解決辦法，而石墨烯就為這樣的問題提供了很好的途徑，是解決高分子材料問題的一個很好的方案，其他材料不可替代。
哈爾濱工業大學化工學院應用化學系教授袁國輝：
我認為，今后應引導、鼓勵石墨烯上游和下游企業進行聯合攻關，促進石墨烯產品快速進入市場并獲得應用。而聯合的方式則是在政府推動的前提下利用商業機制，通過商業行為和市場力量推動，會比行政推動更實一些。
中國非金屬礦工業協會石墨專業委員會副秘書長劉榮華：
石墨烯產業應努力形成“政產學研金”協同創新的特色發展模式，政府與企業“熱情擁抱”，科技與金融“完美結合”。我認為，具備一定實力的企業研究或開發石墨烯，尤其是下游應用企業更具備優勢。現有的石墨烯企業可以聯合下游應用企業一起研究或開發石墨烯。此外，地方政府在規劃石墨烯生產基地時，應打造成產業鏈集群，不僅僅包括石墨烯制備企業，而且有必要引進下游應用企業。
華升工業股份有限公司董事長單永寶：
石墨生產企業應研究下游應用領域，與下游企業對接，這樣更有利于生產企業的發展。只有生產企業的產品應用到下游領域中，才能把產品真正推廣出去；反之，則不能量產，很難形成工業化。并且根據下游客戶的需求，有針對性地生產產品，可以讓企業少走彎路，也避免了資金損失。
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