中國粉體網(wǎng)訊 最近幾年，有關(guān)石墨烯的新聞一直都備受關(guān)注，不論是歐盟選定石墨烯旗艦研究項目作為首批技術(shù)旗艦項目之一，還是習(xí)近平主席訪英期間參觀曼切斯特大學(xué)國家石墨烯研究院等，它的每一次出鏡都在撩撥著大眾的心弦：石墨烯進步一小步，世界將進步一大步。
石墨烯自2004年正式面世到現(xiàn)在，不過才12年時間，卻獲得了飛速發(fā)展。2010年，英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家——安德烈˙杰姆和克斯特亞˙諾沃消洛夫，因發(fā)現(xiàn)石墨烯獲得年度諾貝爾物理學(xué)獎。自此以后，與石墨烯相關(guān)的研究和產(chǎn)業(yè)化持續(xù)升溫并引來高潮，2011年起，全球石墨烯專利申請呈爆發(fā)式增長。截止2013年，有關(guān)全球石墨烯的制造與應(yīng)用的發(fā)明已超過5000項，是2004年的50倍之多。歐洲、美國、日本、韓國等許多國家和地區(qū)都進行了一系列相關(guān)研究，支持了許多項目，對推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了戰(zhàn)略部署。
圖1 標(biāo)紅部分為石墨烯研究主要分布的國家及地區(qū)
圖2 世界各國加大力度投入石墨烯研究
2012年至2013年，石墨烯技術(shù)的商業(yè)市場產(chǎn)業(yè)化緩慢，幾乎為零，鮮有代表產(chǎn)品出現(xiàn)。2013年以來，石墨烯市場迎來了快速發(fā)展期；2015年，烯旺科技研發(fā)的全球首款石墨烯智能理療護腰在京東眾籌，在業(yè)界掀起了巨大波浪。據(jù)賽瑞產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測，2018年全球石墨烯市場規(guī)�？赡芨哌_1.95億美元，之后將加速發(fā)展，于2023年超過13億美元（如圖3所示）。
圖3 全球石墨烯市場規(guī)模預(yù)測（單位：百萬美元）
我國的石墨烯研究雖然起步較晚，但發(fā)展速度快，有著潛在優(yōu)勢。近年來國內(nèi)相關(guān)專利申請量和申請人數(shù)增長非常迅速，所涉及的技術(shù)主題也更加廣泛。江蘇、重慶、深圳、黑龍江與中科院等機構(gòu)以多種形式協(xié)同創(chuàng)新，紛紛建立了產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟，促進了創(chuàng)新資源優(yōu)化組合和創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)化進程。在全球石墨烯產(chǎn)業(yè)綜合發(fā)展實力排名中，中國位列第三，前兩名分別是美國和日本。
石墨烯產(chǎn)業(yè)化方面，2015年成為了中國石墨烯產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)元年。2015年3月2日，全球首批3萬部石墨烯手機在重慶發(fā)布，該款手機采用了最新研制的石墨烯觸摸屏、電池和導(dǎo)熱膜，開啟了石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的新時代。經(jīng)過多年科學(xué)研究的積累，我國石墨烯企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化步伐不斷加快，制備工藝呈現(xiàn)多元發(fā)展，已有少數(shù)企業(yè)具備石墨烯產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)的能力。
石墨烯相關(guān)專利和知識產(chǎn)權(quán)的申請數(shù)量逐年遞增，尤其在2012-2014年迎來了井噴式的爆發(fā)。如圖4，2009年全球石墨烯專利數(shù)量為948篇，到2013年，專利申請數(shù)量達到6116篇，是2009年的6倍之多，增長速度極快，反映出石墨烯在近幾年成為研究熱點。圖5反映出目前我國石墨烯研究水平走在國際前列，但部分石墨烯核心專利依舊是掌握在少數(shù)大國手中。而近年來全球石墨烯技術(shù)專利正由制備工藝向下游應(yīng)用轉(zhuǎn)變，未來石墨烯有望加快同下游應(yīng)用行業(yè)結(jié)合，推動石墨烯產(chǎn)業(yè)化進程。
我國的石墨烯應(yīng)用專利集中在鋰電、儲能、復(fù)合材料等領(lǐng)域，布局相對較窄，且主體多為高等院校，研發(fā)和應(yīng)用在一定程度上脫節(jié)。未來國內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展如何改變這種現(xiàn)狀、形成完整成熟的產(chǎn)業(yè)鏈上下游、研制出性價比更高的產(chǎn)品等都是急需解決的難題。
圖4 全球石墨烯相關(guān)專利申請趨勢
圖5 各國石墨烯專利申請數(shù)量排名
“2015年度石墨烯產(chǎn)業(yè)10大知名企業(yè)/人物”評選活動期間，記者采訪了眾多石墨烯行業(yè)內(nèi)的著名專家學(xué)者和知名企業(yè)家，就當(dāng)前石墨烯研究現(xiàn)狀、技術(shù)難題、產(chǎn)業(yè)化瓶頸、市場規(guī)模等關(guān)鍵性話題進行了探討，并摘錄如下。
未來石墨烯的制勝之路必然是從分散走向集約
——中科院院士、北京大學(xué)教授劉忠范
中科院院士、北京大學(xué)教授劉忠范在接受采訪時指出，不論是石墨烯的基礎(chǔ)研究還是產(chǎn)業(yè)化的前期研發(fā)，我國對石墨烯的關(guān)注度最高、研究隊伍最龐大。2011年以來，我國研究人員發(fā)表的石墨烯文章總數(shù)和專利申請數(shù)量已經(jīng)穩(wěn)居世界第一位。但我國對于著眼未來，需要時間、耐心和資金投入的研究做得太少，比較急功近利，這是我國石墨烯研究和英國有差距的原因之一。
英國和歐盟的石墨烯研究投入相當(dāng)集中，并且在政策導(dǎo)向上致力于把大學(xué)里的基礎(chǔ)研究和企業(yè)密切結(jié)合起來。如曼切斯特大學(xué)國家石墨烯研究院的經(jīng)費投入就與我國自然科學(xué)基金的投入不相上下，而2013年啟動的歐盟石墨烯旗艦項目的十年總投入達10億歐元。這樣的投入方式使得資源更集中，也可以做點大事。
相比之下，我國的石墨烯研究基本上屬于自發(fā)性的群眾運動模式，一大堆人搶一塊很小的蛋糕，投入非常分散，缺少國家層面的全局性規(guī)劃，這樣就很難布局長遠的目標(biāo)。實際上，這種投入方式帶來的常常是表面上的繁榮，并且造成人力、物力和財力資源的極大浪費。所以我國要實現(xiàn)石墨烯真正的繁榮發(fā)展，必然是要把大家整合起來發(fā)展，從分散走向集約。
石墨烯不能“一藥治百病”，踏實做好研究才是關(guān)鍵
——華僑大學(xué)陳國華教授
華僑大學(xué)陳國華教授指出，石墨烯因其獨特屬性一直以來都是研究熱點，吸引了包括地方政府和眾多下游企業(yè)在內(nèi)的大量關(guān)注。他認為石墨烯雖然被譽為“即將顛覆二十一世紀(jì)的新材料”，但它只是一系列的材料品種，其本質(zhì)是一類碳材料，在產(chǎn)業(yè)化過程中應(yīng)結(jié)合不同品種的不同特性來具體進行，而不能“一藥治百病”。
陳國華教授還表示，當(dāng)下的石墨烯研究成果無論在理論還是產(chǎn)業(yè)化上，都存在過多的炒作，如科研方面追蹤性論文多而原創(chuàng)性工作偏少，產(chǎn)業(yè)化方面資本市場的涌入、過度炒作夸大宣傳、將石墨烯作為治百病的靈藥，這些在給大家?guī)砗芏嗪锰幍耐瑫r，也造成了急功近利的弊端，產(chǎn)業(yè)化虛假繁榮的泡沫，給石墨烯帶來了一定的負面影響。陳國華教授特別強調(diào)，應(yīng)用研發(fā)應(yīng)該沉下心來，踏踏實實，做到盡善盡美，不可急于求成。
“石墨烯讓手機幾秒鐘充滿電”說法不靠譜
——寧波墨西科技首席科學(xué)家劉兆平博士
采訪過程中，針對當(dāng)下十分火熱的“石墨烯可讓手機幾秒鐘充滿電”這一觀點，寧波墨西科技有限公司首席科學(xué)家、中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員劉兆平博士提出了自己的觀點：石墨烯在鋰電池領(lǐng)域的應(yīng)用毋庸置疑，可以很好地改善電池充放電性能，但也絕不像這般神奇，能幾秒鐘讓手機充滿電。石墨烯是個好東西，它極佳的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能給材料界帶來了極大的震撼，但如今媒體和資本市場過度炒作這一噱頭，導(dǎo)致石墨烯出現(xiàn)虛假繁榮，并不是好現(xiàn)象。
他談到：“目前，石墨烯在鋰電池中最為可能的應(yīng)用主要包括以下三方面：一是作為導(dǎo)電添加劑，技術(shù)上沒有任何問題，主要是考慮性價比；二是電極復(fù)合材料，當(dāng)前已經(jīng)有諸如高性能磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合制劑材料和超級電容器用得活性炭/石墨烯復(fù)合電極材料，經(jīng)過兩三年的研發(fā)可以進一步開發(fā)高容量的納米硅/石墨烯復(fù)合負極材料；三是最為集流體改性涂層，增強電池充放電性能，這一應(yīng)用也是需要考慮性價比。未來石墨烯應(yīng)用的發(fā)展將主要集中在兩個層面：一個是日常用品領(lǐng)域，石墨烯需要降低生產(chǎn)成本、提高適用性，如電池、涂料、塑料、油墨等；另一方面，基于石墨烯自身獨有的特性開發(fā)出相適應(yīng)的、新的電子產(chǎn)品，如柔性顯示。未來三到五年之內(nèi)，我們應(yīng)該能看到�！�
石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)該做減法
——中科院山西煤炭化學(xué)研究所教授陳成猛博士
中科院山西煤炭化學(xué)研究所教授陳成猛博士在采訪中指出，石墨烯是新崛起的納米碳材料，我國在該領(lǐng)域的研究一直與國際處于并行狀態(tài)，甚至在某些產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域還有一定的優(yōu)勢，目前已在石墨烯粉體和薄膜的規(guī)�；苽�，超級電容器和鋰電池儲能應(yīng)用，導(dǎo)電油墨、防腐涂料和抗靜電塑料等功能復(fù)合材料領(lǐng)域取得了令世界矚目的成績。他表示石墨烯作為一個新鮮事物，國內(nèi)外并沒有可供借鑒的工程案例，很多工藝和裝備細節(jié)都是通過反復(fù)論證、探索和實踐后才能確定，其中難免會有反復(fù)乃至失敗。但得益于勤奮踏實年輕化的團隊、優(yōu)秀的技術(shù)人才、系統(tǒng)的工程化思維和理念，保障了項目的成功實施。
當(dāng)前石墨烯產(chǎn)業(yè)化的瓶頸主要有兩點，分別是低成本高品質(zhì)石墨烯原料的規(guī)�；a(chǎn)和石墨烯的商業(yè)化應(yīng)用。他表示目前石墨烯步入應(yīng)用集中期，要開始做減法，開始注重產(chǎn)業(yè)鏈上下游的互動�！拔覀儽仨毭嫦蛴脩暨M行二次開發(fā)，去解決分散和成型等共性技術(shù)難題，讓石墨烯更接“地氣”。最終交給用戶的，不僅是高品質(zhì)的材料，還有配套的應(yīng)用解決方案，也就是solution。最后，為促進石墨烯產(chǎn)業(yè)的健康有序發(fā)展，我建議大家多關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)化工作，充分發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范+引領(lǐng)作用。”
石墨烯產(chǎn)業(yè)化過程不是一蹴而就，而是潤物細無聲般逐步進行的
——六碳科技CTO許子寒
深圳六碳科技有限公司一直以來專注于石墨烯薄膜材料的工藝研發(fā)和設(shè)備研制，尤其是化學(xué)氣相沉積法(CVD)的工藝研發(fā)和設(shè)備開發(fā)。六碳科技將所研發(fā)的先進工藝形成適用于工業(yè)量產(chǎn)的石墨烯設(shè)備，完成石墨烯的工業(yè)化，致力于為石墨烯下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)提供高質(zhì)量、低成本的石墨烯材料及應(yīng)用解決方案。此次采訪中，深圳六碳科技有限公司CTO（首席技術(shù)官）許子寒先生談到，如今石墨烯市場表面上火熱，但實際上尚未形成石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用化市場。破解這一難題的關(guān)鍵在于作為上游的石墨烯企業(yè)應(yīng)加大技術(shù)開發(fā)力度，以支持下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的成熟。
關(guān)于石墨烯產(chǎn)業(yè)化，他認為未來石墨烯行業(yè)的發(fā)展主要取決于下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的技術(shù)開發(fā)和市場開拓進展，石墨烯應(yīng)用的關(guān)鍵在于怎么把石墨烯和現(xiàn)有材料體系融合在一起更大限度地發(fā)揮石墨烯的性質(zhì)，取得較高的性價比。同時他也表示，未來石墨烯的應(yīng)用會被用來改變很多產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品表現(xiàn)，但產(chǎn)業(yè)化進程不是一蹴而就，而是潤物細無聲般逐步進行的，是一個長期的、緩慢的過程。目前資本市場將石墨烯捧成了“上帝材料”、國內(nèi)研究缺少有價值的專業(yè)和研發(fā)成果、石墨烯市場虛火過旺等等也是石墨烯領(lǐng)域呈現(xiàn)出的不和諧音符，踏實做好石墨烯應(yīng)用和研究才是企業(yè)和研究人員當(dāng)前的主要任務(wù)。
石墨烯未來的發(fā)展離不開國家政策支持
——國創(chuàng)珈偉總工程師丁顯波
深圳市國創(chuàng)珈偉石墨烯科技有限公司專注于石墨烯制備與新材料應(yīng)用的研發(fā)和生產(chǎn)公司，集石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體，主要從事石墨烯分體材料的綠色環(huán)保制備工藝的開發(fā)，以及石墨烯各級應(yīng)用產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)和銷售。深圳市國創(chuàng)珈偉石墨烯科技有限公司總工程師丁顯波先生，在接受采訪時指出，石墨烯這種新材料的未來一片光明，但當(dāng)前媒體過分炒熱也使得市場虛假繁榮。談到石墨烯研究現(xiàn)狀時，丁顯波先生強調(diào)，目前國內(nèi)的石墨烯研究能躋身國際先進行列，是無數(shù)科研工作者辛苦付出換來的結(jié)果，他相信未來石墨烯的研發(fā)一定會取得重大突破。
市場、資金、技術(shù)、成本等等都是企業(yè)在經(jīng)營過程中必須考慮到的問題，這也是企業(yè)經(jīng)營和科研院的根本不同之處。談到石墨烯未來的發(fā)展，丁顯波先生認為，石墨烯相關(guān)企業(yè)和石墨烯研究院未來的發(fā)展必定離不開國家的政策支持�？蒲蟹矫�，國家應(yīng)加大石墨烯領(lǐng)域內(nèi)的資金投入，如歐盟石墨烯旗艦計劃，扶持更多的科研機構(gòu)深耕細作以獲得石墨烯突破性研究。企業(yè)方面，國家應(yīng)加大政策扶持力度，將政策的杠桿更多地傾向于企業(yè)，以拉動和扶持企業(yè)的發(fā)展。
石墨烯產(chǎn)品將顛覆未來世界
——中科院化學(xué)所博士后楊斌博士
面對當(dāng)前國內(nèi)外石墨烯的繁榮現(xiàn)狀，中科院化學(xué)所博士后楊斌博士則保持了較為理性的看法。他指出，我國研究石墨烯的科研所和涉及石墨烯產(chǎn)品的企業(yè)非常多，但依舊存在很多問題：國內(nèi)的石墨烯研究基本上處于產(chǎn)業(yè)鏈研究的低端，簡單粗放，大多是為了資本炒作而獲益；科研所大多偏向于理論基礎(chǔ)和相關(guān)科學(xué)問題，和產(chǎn)業(yè)化嚴(yán)重脫節(jié)；石墨烯研究各自為研情況嚴(yán)重，缺乏統(tǒng)一長遠的發(fā)展規(guī)劃；產(chǎn)業(yè)界里，涉及石墨烯產(chǎn)品的以中小企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)為主，缺乏足夠的技術(shù)和資金支持，也缺乏相關(guān)市場渠道，對市場認識不足。這些問題都不同方面、不同程度地限制了我國石墨烯的發(fā)展。
“未來的發(fā)展應(yīng)該是由相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)龍頭企業(yè)牽頭，整合他們現(xiàn)有的優(yōu)勢技術(shù)、工程化裝備、優(yōu)勢資源及已有市場，進行相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)升級和大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。我覺得這應(yīng)該是石墨烯行業(yè)未來發(fā)展的方向�！睏畋蟛┦空劦绞┪磥戆l(fā)展時這樣說道。
石墨烯產(chǎn)品是否會給我們的日常生活帶來影響，楊斌博士的回答是肯定的，“任何一種顛覆性的材料面世以后，都會對我們的日常生活帶來重要影響，否則也不能算是顛覆性材料。石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，對生活的方方面面都會產(chǎn)生影響。”未來，石墨烯觸屏膜可能會取代現(xiàn)有ITO材料做成超波柔性器件，實現(xiàn)柔性屏和超薄屏；石墨烯應(yīng)用于電池領(lǐng)域，提高電池性能，真正實現(xiàn)手機幾分鐘充滿電；家居用品方面，將石墨烯制成衣服或腰帶可作為保暖器；石墨烯涂料具有殺菌防腐的功能……這些，都將是未來石墨烯對世界的顛覆！
