石墨烯：下一個(gè)萬(wàn)億級新興產(chǎn)業(yè)
近日，中國首條年產(chǎn)3萬(wàn)平方米石墨烯薄膜生產(chǎn)線(xiàn)投產(chǎn)暨石墨烯手機觸摸屏新品發(fā)布會(huì )在江蘇常州舉行，這標志著(zhù)中國在石墨烯產(chǎn)業(yè)化應用方面又邁出了重要一步。
石墨烯是已知材料中最薄的一種，質(zhì)料非常牢固堅硬，在室溫狀況，傳遞電子的速度比已知導體都快，因此其應用前景非常廣泛，在觸摸屏、電子器件、儲能電池、顯示器、傳感器、半導體、航天、復合材料、生物醫藥等領(lǐng)域擁有廣闊的應用前景。
中國科學(xué)院6月發(fā)布的《科技發(fā)展新態(tài)勢與面向2020年的戰略選擇》研究報告中指出，未來(lái)5-10年，世界可能發(fā)生22個(gè)重大科技事件，其中石墨烯將成為“后硅時(shí)代”的新潛力材料。業(yè)內人士表示，石墨烯一旦量產(chǎn)將成為下一個(gè)萬(wàn)億級的新興產(chǎn)業(yè)。
石墨烯應用前景廣闊
“從全球世界范圍看，石墨烯都屬于前沿研究，材料的研發(fā)仍處于初級階段，離大規模應用尚存一段距離，但并不意味著(zhù)遙遙無(wú)期。” 南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院教授王欣然說(shuō)，最先進(jìn)入市場(chǎng)的應該是手機、平板電腦等終端上的石墨烯觸摸屏，預計2年后就可以上市。而由石墨烯做的光電探測器、太陽(yáng)能電池等光電器件也將于2015年逐步進(jìn)入市場(chǎng)。但是，要求更高、工藝更為苛刻的高頻電路、邏輯電路則在更遠的將來(lái)才能走向市場(chǎng)。
中國科學(xué)院院士高鴻鈞也表示，石墨烯在未來(lái)電子器件上具有誘人的應用前景，被看作是石墨烯研究最可能突破、實(shí)現產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)域，成為國際上的研究熱點(diǎn)和競爭焦點(diǎn)。
日前，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院已經(jīng)成功制備出國內首片15英寸的單層石墨烯，其尺寸達到了國內最高水平。中科院重慶研究院目前已經(jīng)在銅箔襯底上生長(cháng)出15英寸的均勻單層石墨烯，并成功將其完整地轉移到柔性PET襯底上和其他基底表面。通過(guò)進(jìn)一步加工，還制備出了7英寸的石墨烯觸摸屏。將石墨烯觸摸屏貼在一臺普通筆記本電腦的顯示屏上，用手寫(xiě)筆可在屏幕上寫(xiě)字。
在儲能領(lǐng)域，石墨烯有望在鋰離子電池和超級電容器發(fā)展上大顯身手。石墨烯優(yōu)異的導電性能和柔韌的二維層狀結構，可以提高鋰離子電池和超級電容器的充放電速度、循環(huán)穩定性和安全性，有可能達到幾分鐘甚至幾秒鐘充滿(mǎn)電，這樣的石墨烯鋰電池在消費電子、電動(dòng)汽車(chē)和儲能領(lǐng)域具有很大市場(chǎng)。
此外，用石墨烯制成的散熱薄膜可應用到智能手機、平板電腦、LED照明、LCD電視等超薄大功耗電子產(chǎn)品。功能化的石墨烯材料在生物醫藥、生物診斷和食品加工等領(lǐng)域也有極高的應用價(jià)值。
石墨烯投資熱度升溫
由于石墨烯巨大的市場(chǎng)潛力，世界范圍內掀起了石墨烯的研發(fā)和投資熱潮。目前三星電子、IBM、陶氏化學(xué)、通用、施樂(lè )公司等國際大牌廠(chǎng)商都在積極推進(jìn)石墨烯產(chǎn)業(yè)化研究。
在國內，浙江大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)、中國科學(xué)院金屬研究所、中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所、上海交通大學(xué)、東南大學(xué)、天津大學(xué)等高校及科研機構在石墨烯的制備及應用領(lǐng)域申請了眾多專(zhuān)利。
截至今年6月，國內機構共申請石墨烯相關(guān)的發(fā)明專(zhuān)利3000多項，其中456項已經(jīng)獲得國家知識產(chǎn)權局的專(zhuān)利授權，主要集中在石墨烯的制備和石墨烯應用領(lǐng)域。
在石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應用方面，江蘇走在了全國前列。2010年7月，江蘇泰州成立了國內首個(gè)專(zhuān)業(yè)的石墨烯新材料公司，目前已具備較大規模。2011年10月，常州成立了江南石墨烯研究院，為國內首個(gè)基于石墨烯材料及應用的產(chǎn)業(yè)化基地，引進(jìn)了常州第六元素等多家高科技企業(yè)。泰州市政府還批準成立了國內首個(gè)石墨烯研究與檢測平臺，為石墨烯的質(zhì)量檢測標準制定、石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應用提供技術(shù)支持。
中國科學(xué)院寧波材料所研究員劉兆平領(lǐng)導的石墨烯研究團隊，于2011年成功研發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權的石墨烯低成本規�；苽浼夹g(shù)，并建立了噸級規模的中試生產(chǎn)線(xiàn)。2012年，該技術(shù)轉移給上海南江(集團)有限公司，雙方合作成立寧波墨西科技有限公司，致力于石墨烯的生產(chǎn)、銷(xiāo)售與應用技術(shù)研發(fā)。年產(chǎn)300噸的石墨烯生產(chǎn)線(xiàn)計劃于今年年底建成。
隨著(zhù)石墨烯的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程推進(jìn)，市場(chǎng)對其關(guān)注度日趨升溫，涌現了幾十家涉及石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售和服務(wù)的高科技企業(yè)。如上海新池、南京科孚納米、深圳貝特瑞等。其中不乏風(fēng)險投資機構的積極介入。此外，國內多家上市公司如方大炭素、南都電源、中超電纜等也進(jìn)軍到石墨烯應用領(lǐng)域。
石墨烯產(chǎn)業(yè)化障礙待破
盡管石墨烯的研發(fā)如火如荼，在學(xué)術(shù)界、企業(yè)界和資本市場(chǎng)備受追捧，但如何大規模制備高質(zhì)量、大尺寸、低成本的石墨烯是產(chǎn)業(yè)化亟待解決的問(wèn)題。
多位專(zhuān)家表示，目前制備石墨烯的技術(shù)工藝還不成熟，沒(méi)有達到一致性的品質(zhì)，而且成品面積都非常小，不能適應工業(yè)化應用。石墨烯整體還在研發(fā)階段，各國對這個(gè)新興材料正處于專(zhuān)利布局期，產(chǎn)業(yè)鏈還沒(méi)有形成，對石墨烯最大的需求仍然是各大院校及科研機構的研究應用。
據介紹，石墨烯之所以沒(méi)有實(shí)現大規模量產(chǎn)，主要是沒(méi)有找到一種適合大規模生產(chǎn)的方法和途徑，這也是石墨烯成本居高不下的原因。
中國科學(xué)院院士高鴻鈞表示，雖然我國石墨烯研究群體大、成果多，但突出性、原創(chuàng )性成果較少。我國石墨烯研究大都是采用他人成熟的方法，始終處于落后位置，重大創(chuàng )新十分有限，因此要在材料制備方法上尋求突破。此外還有一個(gè)問(wèn)題就是，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)應用相對薄弱。
清華大學(xué)教授朱宏偉認為，目前石墨烯已經(jīng)具備規�；a(chǎn)的能力，但在發(fā)展過(guò)程中，仍存在一些問(wèn)題。中國現有的技術(shù)水平可以支持其產(chǎn)業(yè)化，但并沒(méi)有達到最好的水平，未來(lái)還需有大的突破。而主要的制約因素在石墨烯的制備技術(shù)與理想狀態(tài)仍存在差距。此外，他希望國家能對石墨烯研究機構及企業(yè)給予更多的政策扶持。
東南大學(xué)教授、博士生導師倪振華此前就加速石墨烯科研及產(chǎn)業(yè)化提出五點(diǎn)建議：一是從政府層面引導石墨烯研究的正確方向;二是通過(guò)政策支持加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程;三是盡快著(zhù)手制定行業(yè)標準，爭取獲得話(huà)語(yǔ)權;四是加強行業(yè)間的交流合作，促進(jìn)石墨烯廣泛應用;五是成立相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟，加強行業(yè)內部的協(xié)調和合作。
