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石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景預(yù)測(cè)分析
全球在“萬(wàn)能材料”石墨烯的研發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域展開競(jìng)爭(zhēng)。中國(guó)石墨烯的產(chǎn)業(yè)化走在世界前列,但基礎(chǔ)研究沒(méi)有跟上。
10月29日,來(lái)自英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的安德烈˙蓋姆在中國(guó)青島舉辦的“2015中國(guó)國(guó)際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)”上受到明星一般的歡迎。他的名字,如今與“萬(wàn)能材料”石墨烯一樣出名。
作為2010年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者、石墨烯的第一位發(fā)現(xiàn)者,當(dāng)他從一家中國(guó)企業(yè)手中接過(guò)一款創(chuàng)新產(chǎn)品——石墨烯護(hù)腰的時(shí)候,他原本略顯嚴(yán)肅的嘴角上,露出一絲不明顯但又意味深長(zhǎng)的微笑。
作為一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料,石墨烯可以說(shuō)是目前世界上最薄也是最堅(jiān)硬的材料,具有超薄、超輕、超高強(qiáng)度、超強(qiáng)導(dǎo)電性、優(yōu)異的室溫導(dǎo)熱和透光性,結(jié)構(gòu)也非常穩(wěn)定。它不僅有望使鋰電池功效倍增,更有望替代硅,制造未來(lái)新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)。
從2004年在實(shí)驗(yàn)室中被發(fā)現(xiàn),到2010年發(fā)現(xiàn)者被授予諾貝爾獎(jiǎng),到現(xiàn)在石墨烯產(chǎn)業(yè)遍地開花,這種代表下一個(gè)時(shí)代的新型“萬(wàn)能材料”,其應(yīng)用前景不可限量。但當(dāng)前其應(yīng)用局面魚龍混雜,一方面是跟真正的石墨烯薄膜關(guān)系并不十分密切的石墨礦資源受到熱捧,一方面是純粹炒作石墨烯概念的產(chǎn)品層出不窮。
與國(guó)際上往往由科技巨頭企業(yè)主導(dǎo)、從研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化的鏈條十分通暢的狀態(tài)相比,中國(guó)面臨著石墨烯研發(fā)仍然局限于高校和科研院所、與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)的困境。中國(guó)的石墨烯產(chǎn)業(yè)何去何從,不僅需要國(guó)家層面的引導(dǎo),更需要足夠的時(shí)間和足夠的耐心。
“萬(wàn)能材料”
10月23日,中國(guó)國(guó)家主席習(xí)近平參觀了蓋姆所在的曼徹斯特大學(xué)國(guó)家石墨烯研究院。當(dāng)天上午,中國(guó)企業(yè)華為對(duì)外宣布與曼徹斯特大學(xué)進(jìn)行共同開發(fā)ICT領(lǐng)域的下一代高性能技術(shù)的合作研究,研究如何將石墨烯領(lǐng)域的突破性成果應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品和移動(dòng)通信設(shè)備。
華為公司創(chuàng)始人任正非,此前多次談到石墨烯,提出“這個(gè)時(shí)代將來(lái)最大的顛覆是石墨烯時(shí)代將顛覆硅時(shí)代”的想法,并認(rèn)為未來(lái)10年至20年內(nèi)將爆發(fā)一場(chǎng)技術(shù)革命。
石墨烯是由單層碳原子層構(gòu)成的蜂窩狀晶格二維原子晶體,理論厚度僅為0.34納米,具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能、較高的電子遷移率、較高的比表面積和量子霍爾效應(yīng)等性質(zhì)。
正是由于這些特殊而優(yōu)異的物化性能,使得石墨烯在微電子、物理、能源材料、化學(xué)、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域體現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用前景。2004年,英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的安德烈˙蓋姆和康斯坦丁˙諾沃肖洛夫從石墨薄片中剝離出了石墨烯,他們二人因此榮獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
雖然他們使用的方法非常原始,但是這一發(fā)現(xiàn)的偉大之處,在于打破了國(guó)際物理學(xué)界長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的一個(gè)結(jié)論——無(wú)法得到穩(wěn)定的石墨烯。實(shí)際上,就在發(fā)表蓋姆那篇著名論文的同一期《自然》雜志上,也發(fā)表了中國(guó)學(xué)者張遠(yuǎn)波與合作者的一篇關(guān)于石墨烯的文章,但是諾貝爾獎(jiǎng)并未青睞后者。這在當(dāng)時(shí),被看做國(guó)內(nèi)學(xué)者距離諾貝爾最近的一次。
張遠(yuǎn)波與合作者以及蓋姆小組在2005年的工作,引領(lǐng)了全球?qū)κ┑难芯?。此后,張遠(yuǎn)波的工作主要集中在石墨烯的制備、電學(xué)輸運(yùn)特性、掃描隧道能譜,以及遠(yuǎn)紅外能譜的測(cè)量,一直活躍在這個(gè)領(lǐng)域的前沿。張遠(yuǎn)波對(duì)財(cái)新記者說(shuō),從他們兩個(gè)小組發(fā)現(xiàn)石墨烯新的物理現(xiàn)象后,這個(gè)領(lǐng)域就呈現(xiàn)爆炸性的增長(zhǎng),現(xiàn)在還沒(méi)有飽和的跡象。
公眾每天都會(huì)用到的智能手機(jī),最關(guān)鍵的一部分就是有一塊既能導(dǎo)電又非常透明的觸摸屏。石墨烯恰好就具備這樣的特性,讓它可以做成這樣的觸摸屏。而且石墨烯的強(qiáng)度和柔韌性,比目前的透明電極材料氧化銦錫要更好。
早在2010年,韓國(guó)成均館大學(xué)和三星公司的研究人員,就制造出由多層石墨烯和聚酯片基底組成的透明可彎曲顯示屏。當(dāng)時(shí),論文通訊作者、成均館大學(xué)教授洪秉熙就提出,他們的方法可用于制造基于石墨烯的太陽(yáng)能電池、觸摸傳感器和平板顯示器。但他當(dāng)時(shí)也承認(rèn),大規(guī)模制造和商業(yè)化還為時(shí)尚早。
不過(guò),五年來(lái)的發(fā)展,也出乎他的意料。在10月底在青島召開的石墨烯創(chuàng)新大會(huì)上,洪秉熙介紹說(shuō),石墨烯透明電極已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種各樣的柔性光電器件,包括觸摸屏傳感器、有機(jī)發(fā)光二極管和有機(jī)光伏器件。
由于石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能,還在傳感器、聚合物納米復(fù)合材料、光電功能材料、藥物控制釋放等領(lǐng)域表現(xiàn)出眾多潛在的應(yīng)用前景。
石墨烯擁有較大的比表面積,使其具備了制作高靈敏度傳感器的條件,一旦氣體被吸附于石墨烯表面,其表面電阻就會(huì)出現(xiàn)變化,然后結(jié)合電傳感檢測(cè)器,就可以讓石墨烯成為一種優(yōu)異的氣體傳感器。
石墨烯的氣體吸附特性,也讓其成為新型儲(chǔ)氫材料,可以在室溫、安全壓力下快速可逆地吸放氫氣,較高的熱穩(wěn)定性。
石墨烯獨(dú)特的二維層狀結(jié)構(gòu)和良好的生物相容性,使其能很好地作為藥物載體??茖W(xué)家將石墨烯與抗腫瘤藥物反應(yīng)制得復(fù)合物,可在人體內(nèi)緩慢釋放藥物,而且藥物的負(fù)載量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的藥物載體。
據(jù)中科院金屬所研究員成會(huì)明介紹,在清潔能源領(lǐng)域,石墨烯應(yīng)用前景廣闊。清潔能源最大問(wèn)題是穩(wěn)定性和移動(dòng)存儲(chǔ)難題。存儲(chǔ)方式主要為超級(jí)電容和電池,都需要滿足高能量密度、高功率密度、高可靠性和長(zhǎng)壽命。石墨烯可增加鋰電池電極的導(dǎo)電性。他們將石墨烯混合物應(yīng)用于鋰電池,其續(xù)航里程可增加到400公里以上。
另一方面是用于柔性能量存儲(chǔ),將來(lái)用于柔性可穿戴設(shè)備,柔性智能設(shè)備?!耙嵝燥@示,也要柔性能源,包括柔性鋰電池、柔性超級(jí)電容。”
在接受《科技日?qǐng)?bào)》記者專訪時(shí),蓋姆頗為感慨地表示,自2010年他與同事因發(fā)現(xiàn)石墨烯共獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)之后,短短幾年間全球石墨烯研發(fā)及商業(yè)化的速度令他十分驚詫。
制備難題
人們耳熟能詳?shù)娜な?,是安德烈˙蓋姆用透明膠帶得到了石墨烯,并因此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。實(shí)際上,在用透明膠帶得到石墨烯后,他們就開始研發(fā)機(jī)械化的石墨烯制備方法。2004年,他們成功用微機(jī)械剝離法制備出單層石墨烯。
這種方法當(dāng)然是比較原始的。雖然可以獲得晶體結(jié)構(gòu)比較完整的石墨烯,但得到的石墨烯尺寸很小,一般在10微米-100微米之間,存在產(chǎn)率低和成本高的不足,不能滿足工業(yè)化和規(guī)?;a(chǎn)要求。
此后,人們想到制備石墨烯未必要使用石墨,只需要設(shè)法讓碳原子結(jié)成一層薄膜?;瘜W(xué)氣相沉積法應(yīng)運(yùn)而生,這種方法是將乙烯或乙炔等氣體導(dǎo)入到一個(gè)反應(yīng)腔內(nèi),讓這些氣體在高溫下分解,經(jīng)過(guò)冷卻后,碳原子就沉積在基底表面形成石墨烯,最后用化學(xué)腐蝕法除去金屬基底,或用卷對(duì)卷的方法將其轉(zhuǎn)移到高分子薄膜上。
雖然CVD能滿足規(guī)?;苽浯竺娣e、高質(zhì)量的石墨烯要求,但在現(xiàn)階段由于其成本較高和工藝復(fù)雜等缺點(diǎn),限制了這種方法在石墨烯制備中的應(yīng)用。
北京大學(xué)納米化學(xué)中心教授彭海琳對(duì)財(cái)新記者介紹,他們發(fā)現(xiàn)可以用三聚氰胺對(duì)銅箔進(jìn)行預(yù)處理,減少銅箔上的凝結(jié)點(diǎn),這樣就可以形成大片的石墨烯薄膜,提高薄膜的透光性、導(dǎo)電性和一致性,而后通過(guò)卷對(duì)卷的方法,把石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到高分子PET薄膜上,就可以得到高質(zhì)量的石墨烯薄膜。
如果在卷對(duì)卷轉(zhuǎn)移的過(guò)程中,將金屬納米導(dǎo)線封裝在石墨烯和柔性塑料基底之間,做成復(fù)合導(dǎo)電薄膜,可以顯示出優(yōu)異導(dǎo)電性、透光性,且具有優(yōu)異的柔性、機(jī)械穩(wěn)定性、抗剝離性能和抗化學(xué)腐蝕性能。
他們采用石墨烯和銀納米線復(fù)合電極,制備了電致變色器件,具有良好的變色性能、快速的變色相應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定的循環(huán)性能。這種復(fù)合電極在下一代柔性電子和光電子領(lǐng)域,有重大的潛在應(yīng)用價(jià)值。
在對(duì)石墨烯的薄膜面積沒(méi)有過(guò)高要求的領(lǐng)域,氧化石墨還原法是制備石墨烯最常用的方法之一。這種方法早在上世紀(jì)中葉就被提出,并被一直沿用至今。在強(qiáng)氧化劑作用下,擴(kuò)張石墨層間距,經(jīng)在水溶液或有機(jī)溶劑中超聲處理后形成均勻分散的單層氧化石墨烯,再利用還原劑還原氧化基團(tuán)制得石墨烯。
但這種方法得到的,主要是石墨烯粉體。缺陷非常多,電學(xué)、力學(xué)性能都較差,而且需要用濃硫酸氧化石墨,其工業(yè)上廢液的處理是一個(gè)難題。
還有一種主要方法——溶劑剝離法,原理是將少量的石墨分散于溶劑中,形成低濃度的分散液,利用超聲波的作用破壞石墨層間的分子作用力,此時(shí)溶劑可以插入石墨層間,進(jìn)行層層剝離,制備出石墨烯。此方法不會(huì)像氧化-還原法那樣破壞石墨烯的結(jié)構(gòu),可以制備高質(zhì)量的石墨烯。
由于整個(gè)液相剝離的過(guò)程沒(méi)有在石墨烯的表面引入任何缺陷,為其在微電子學(xué)、多功能復(fù)合材料等領(lǐng)域的應(yīng)用提供廣闊的應(yīng)用前景,缺點(diǎn)是產(chǎn)率很低。
可見,不同的石墨烯制備技術(shù)對(duì)于石墨烯制造商至關(guān)重要,因?yàn)樗粌H影響石墨烯大小,更影響到質(zhì)量和成本,以及應(yīng)用領(lǐng)域。石墨烯納米薄片,可應(yīng)用于印刷電子、導(dǎo)電油墨、鋰離子電池和超級(jí)電容器等能量存儲(chǔ)裝置。CVD制備的石墨烯,具有可擴(kuò)展性、高電導(dǎo)性,具有大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。它可以成功地應(yīng)用于高端電子應(yīng)用。
由于制備方法上巨大的差異,石墨烯粉體和CVD薄膜之間的價(jià)格也要相差上千倍。例如1克石墨烯粉體只需要不到10元,而1平方米石墨烯薄膜要幾十元到上百元,其重量其實(shí)不到1毫克。
在業(yè)內(nèi)專家看來(lái),石墨烯的主要挑戰(zhàn)是要同時(shí)滿足兩個(gè)條件:低成本和高質(zhì)量。
海通證券高級(jí)分析師施毅指出,目前液相氧化還原法是量產(chǎn)的主要制備方法,制備的石墨烯價(jià)格可降至10元/克以下,成品多為粉材、漿料,可間接成膜,適合中低端應(yīng)用。CVD方法可直接制備石墨烯薄膜,質(zhì)量更高,性能更好,但價(jià)格非常昂貴,未來(lái)若技術(shù)進(jìn)步、需求放大帶動(dòng)規(guī)模效應(yīng),成本有望快速降低。
魚龍混雜的應(yīng)用
作為一種“萬(wàn)能材料”,人們自然希望把石墨烯應(yīng)用到所有能夠應(yīng)用的領(lǐng)域中去。在這場(chǎng)轟轟烈烈的熱潮中,國(guó)內(nèi)許多企業(yè)的想象力也被極大地釋放出來(lái)。
在10月28日-30日召開的石墨烯創(chuàng)新大會(huì)上,除了各個(gè)講述行業(yè)應(yīng)用的分論壇,很重要的部分就是廠家的展示。吸引最多目光的,是來(lái)自濟(jì)南的一家企業(yè)的展位。和其他展位上展示各種原材料不同,這里展示了大量可現(xiàn)場(chǎng)售賣的內(nèi)衣、內(nèi)褲和襪子。
這些衣服的顏色均為深灰色或黑色,單純從衣服的手感上來(lái)看,跟普通的衣服并無(wú)二致。展臺(tái)工作人員介紹,展品均采用了石墨烯原料。他們將植物秸稈碳化提取石墨烯,利用石墨烯的超導(dǎo)性作為生產(chǎn)衣服的原料。使用石墨烯后的衣服吸汗性增強(qiáng),也不用擔(dān)心存在靜電的困擾。石墨烯襪子則可防腳臭。
這種應(yīng)用,在與財(cái)新記者同行的一位丹麥專家看來(lái),可謂是大開眼界。他所不知道的是,在多年前納米材料概念剛剛出現(xiàn)的時(shí)候,中國(guó)國(guó)內(nèi)馬上就有了納米內(nèi)褲,還有納米領(lǐng)帶、納米洗衣機(jī)、納米冰箱。
所以,當(dāng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主安德烈˙蓋姆手握中國(guó)企業(yè)贈(zèng)送的特別禮物——“石墨烯智能護(hù)腰”時(shí),他的微笑就顯得意味深長(zhǎng)。
據(jù)10月30日由中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟首發(fā)的《2015全球石墨烯產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》統(tǒng)計(jì),中國(guó)不僅2012年底研究石墨烯的論文發(fā)表數(shù)目位列全球第一,而且近三年專利數(shù)量迅升首位,只是論文質(zhì)量的創(chuàng)新性有待提高。
蓋姆之前接受中國(guó)媒體采訪時(shí)就指出,許多已發(fā)表的石墨烯論文中,一半的研究會(huì)被廢棄掉。另一方面,許多專利,特別是產(chǎn)自大學(xué)的專利,其中90%并沒(méi)什么價(jià)值,99%的專利最終會(huì)作廢,維護(hù)這些專利也會(huì)花很多費(fèi)用,很多人為此在浪費(fèi)生命。
清華大學(xué)深圳研究生院院長(zhǎng)、碳材料專家康飛宇曾公開表示,中國(guó)雖然在石墨烯論文發(fā)表量上位居全球首位,但不少科研院所并不知道產(chǎn)業(yè)界到底要什么,科研和應(yīng)用脫節(jié)問(wèn)題突出。
常州二維碳素科技有限公司的副總裁彭鵬告訴財(cái)新記者,他們2011年在常州成立,到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到200人的規(guī)模,2012年出品世界首個(gè)電容式石墨烯觸摸屏,目前產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到15萬(wàn)平方米。
不過(guò),最近兩年,手機(jī)市場(chǎng)不好,他們也利用石墨烯薄膜的高熱輻射效率,研發(fā)一些可加熱衣物。他們研發(fā)的方向,還包括石墨烯復(fù)合材料、太陽(yáng)能電池、可穿戴傳感器等。
清華大學(xué)材料學(xué)院微納力學(xué)中心教授朱宏偉對(duì)財(cái)新記者說(shuō),現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的石墨烯應(yīng)用,有些確實(shí)是在炒概念,真正做石墨烯企業(yè)其實(shí)沒(méi)有幾家,很多都是原來(lái)做石墨等碳材料的企業(yè)甚至完全不相關(guān)的企業(yè)打著石墨烯的旗號(hào),或者炒作股票,或者爭(zhēng)取國(guó)家基金,真正做石墨烯并且真正能賺錢的企業(yè)屈指可數(shù)。
在他看來(lái),也不能完全否定石墨烯內(nèi)衣、石墨烯護(hù)腰這樣的應(yīng)用,對(duì)于先讓公眾接受石墨烯這個(gè)新生事物來(lái)說(shuō),這可能是個(gè)很好的方式,會(huì)有效果,如果能找到更具體的健康醫(yī)療應(yīng)用市場(chǎng),會(huì)有更大的發(fā)展。
當(dāng)然,石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還需要尋找石墨烯真正應(yīng)用,即那種“獨(dú)占式”、能夠體現(xiàn)石墨烯優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用。在朱宏偉看來(lái),當(dāng)前一些石墨烯應(yīng)用是原來(lái)碳材料就可完成的,優(yōu)勢(shì)不是很明顯。非石墨烯不可、真正有價(jià)值的應(yīng)用,現(xiàn)階段還停留在實(shí)驗(yàn)室中。
青島華高墨烯科技股份有限公司CEO鐘成博士對(duì)財(cái)新記者說(shuō),不能小瞧石墨烯加熱功能?!坝煤苄‰娏鳌⒑艿凸β示涂梢詿崞饋?lái),只有石墨烯和碳納米管可以做到,這樣用一塊手機(jī)電池就可以驅(qū)動(dòng)?!?/P>
因此,軍用、救生用加熱衣服是他們正在開發(fā)的一種產(chǎn)品。其他產(chǎn)品還包括利用石墨烯復(fù)合材料的防彈材料和涂料,利用石墨烯薄膜的便攜式水處理設(shè)備,以及儲(chǔ)能電池的改性。
他也承認(rèn),這些應(yīng)用,其實(shí)都沒(méi)有石墨烯看上去那么“高大上”;他們使用的材料,也不是價(jià)格昂貴的CVD石墨烯薄膜,而是改性石墨烯粉體制成的膜,成本要低很多。
他說(shuō),石墨烯無(wú)非是一種碳材料,跟碳纖維、納米管沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別,關(guān)鍵是看用在哪里,只要性價(jià)比足夠好,市場(chǎng)足夠大,就是很好的應(yīng)用。
在他看來(lái),是否“高大上”,并不是判斷石墨烯產(chǎn)業(yè)是否魚龍混雜的標(biāo)準(zhǔn)。他認(rèn)為,純粹炒作石墨烯概念的現(xiàn)象有兩類,一類是借用石墨烯概念拉升股票,另一類是借用石墨烯概念,并不是真的做石墨烯,把數(shù)據(jù)吹得非常離譜,比如有的企業(yè)稱充電八分鐘跑1000公里,這從科學(xué)上講是非常不靠譜的。
“業(yè)內(nèi)也是很無(wú)奈?!彼f(shuō),相關(guān)企業(yè)非常希望大家關(guān)注,但過(guò)度的炒作又是一種傷害。真正做石墨烯的企業(yè),全國(guó)不超過(guò)40家,真正賺錢的,更屈指可數(shù),其他都還在燒錢的階段。
需要耐心
2015年對(duì)整個(gè)石墨烯行業(yè)來(lái)說(shuō),已可以用轟轟烈烈來(lái)形容。在很多人眼中,2015年可以看作是石墨烯商業(yè)化的元年。但是,在喧鬧的背后,不能不正視的事實(shí)是,現(xiàn)有的商業(yè)應(yīng)用依然是對(duì)現(xiàn)有材料有限的改進(jìn),而并沒(méi)有質(zhì)的提升,而人們期待中的用石墨烯替代硅,制造“超級(jí)計(jì)算機(jī)”的夢(mèng)想,依然還是遙不可及。
施毅指出,石墨烯短期可快速產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用包括鋰離子電池導(dǎo)電添加劑、功能涂層、觸摸屏等;中期有望產(chǎn)業(yè)化的如超級(jí)電容器等電子器件的電極材料等;長(zhǎng)期看,石墨烯若能在太赫茲檢測(cè)、各類傳感器、激光應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化方面破冰,將為醫(yī)藥、軍工等多領(lǐng)域帶來(lái)突破性進(jìn)展。
在他看來(lái),吸附電荷、吸附雜質(zhì)等特性,不是石墨烯應(yīng)用的重點(diǎn),作為新材料,應(yīng)用一定要有量,因此柔性顯示將是一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。從應(yīng)用的角度,石墨烯目前還在講故事的階段,發(fā)展程度上只能說(shuō)是符合預(yù)期,而且在中國(guó),產(chǎn)學(xué)研結(jié)合進(jìn)度更是低于預(yù)期。
阻撓大規(guī)模應(yīng)用的,當(dāng)然還是技術(shù)問(wèn)題。
僅在觸摸屏和柔性顯示領(lǐng)域,面臨的困難就不小。來(lái)自韓國(guó)的洪秉熙教授就指出,將石墨烯透明電極整合到商用設(shè)備上還必須克服相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。其中低成本、大規(guī)模、高品質(zhì)的石墨烯的一致性和可重復(fù)合成方法的開發(fā),是最大的困難。
尤其是使用石墨烯電極時(shí),設(shè)備架構(gòu)需要定制成二維架構(gòu),這也是目前石墨烯不能立即取代ITO的原因。所以,洪秉熙預(yù)測(cè),石墨烯在平坦和簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用將會(huì)首先實(shí)現(xiàn),例如觸摸屏、智能窗戶、電磁干擾盾牌、照明和透明加熱器等,而在柔性顯示、微電子器件中的應(yīng)用,仍需要一定時(shí)間。
在業(yè)內(nèi)專家看來(lái),目前石墨烯在消費(fèi)電子產(chǎn)品中的尺寸、均勻性和可靠性等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還未確定,因此石墨烯在消費(fèi)電子產(chǎn)品上的實(shí)際用途還未顯示出來(lái)。
朱宏偉告訴財(cái)新記者,石墨烯用在剛性觸摸屏上優(yōu)勢(shì)并不明顯,良品率、可靠性和使用壽命都面臨很多挑戰(zhàn)。除非透明導(dǎo)電外,集成其他功能。另外,在柔性器件上,是一個(gè)真正的優(yōu)勢(shì),別的材料很難在彎折的時(shí)候還保持穩(wěn)定。
他認(rèn)為,石墨烯要解決的問(wèn)題還是要在材料的制備技術(shù)上尋求突破,現(xiàn)在石墨烯薄膜本身質(zhì)量達(dá)不到高端電子應(yīng)用的要求。做集成電路上,可以在實(shí)驗(yàn)室中做小規(guī)模器件,批量生產(chǎn)與集成質(zhì)量沒(méi)法保證。“起碼現(xiàn)在還看不到希望。”
他透露,蓋姆本人對(duì)現(xiàn)在石墨烯目前的這種商業(yè)化方式是存保留意見的,他認(rèn)為石墨烯是一個(gè)引子,帶動(dòng)了更廣泛二維材料的發(fā)展。目前,對(duì)于石墨烯來(lái)說(shuō),從物理學(xué)的角度,已經(jīng)到了一個(gè)瓶頸,未來(lái)除非有更大的突破,很難有進(jìn)一步的提升。
在商業(yè)化的喧鬧背后,在國(guó)內(nèi)真正關(guān)于石墨烯基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)是脫節(jié)的。中國(guó)非金屬礦工業(yè)協(xié)會(huì)石墨專業(yè)委員會(huì)副秘書長(zhǎng)劉榮華表示,在國(guó)外主要是大企業(yè)主導(dǎo),比如三星、索尼、IBM,而在國(guó)內(nèi)主要是科研院所、大專院校,往往與應(yīng)用脫節(jié)。
朱宏偉對(duì)財(cái)新記者說(shuō),華為把錢投給英國(guó)而不是國(guó)內(nèi),也看出國(guó)內(nèi)的差距?!皯?yīng)該逐步引導(dǎo)金融資本進(jìn)入這個(gè)行業(yè)”,為此他們正在研究成立石墨烯產(chǎn)業(yè)并購(gòu)基金。
在10月29日的石墨烯創(chuàng)新大會(huì)的開幕式上,中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會(huì)會(huì)長(zhǎng)王建華表示,在行業(yè)發(fā)展轟轟烈烈的同時(shí),大家要保持清醒的頭腦,不能一擁而上。
華高墨烯CEO鐘成博士認(rèn)為,從好的角度上,中國(guó)的產(chǎn)業(yè)化走在了世界的前面,不好的方面,是基礎(chǔ)研究沒(méi)有跟上,國(guó)外比較注重基礎(chǔ)研究,并不急于商業(yè)化,重點(diǎn)放在研發(fā)石墨烯集成電路,研究石墨烯基本物理性質(zhì)上,長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,這才是真正“高大上”的應(yīng)用?!拔覀兏杏X(jué)是后繼乏力,再過(guò)三五年,發(fā)展勢(shì)頭就會(huì)放緩,歐洲的優(yōu)勢(shì)就會(huì)體現(xiàn)出來(lái)。比較理想的結(jié)果,是他們的成果在我們這里得到應(yīng)用?!?/P>
他認(rèn)為,中國(guó)在基礎(chǔ)研究上的問(wèn)題,主要是缺乏國(guó)家的引導(dǎo),而歐盟的“石墨烯旗艦計(jì)劃”,就有很好的分工,有基礎(chǔ)研究,有應(yīng)用研究,還有政策研究,甚至研究如何教育,如何管理,這種宏觀設(shè)計(jì)就更成熟,而企業(yè)不可能做這方面投入。
“由于石墨烯概念受到了資本市場(chǎng)的追捧,產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速,我們已經(jīng)忘了慢慢做、有耐心地做是什么了。不能說(shuō)高校水平差,而是缺乏國(guó)家的引導(dǎo)?!彼f(shuō),大部分是炒作,當(dāng)然還是有不少有識(shí)之士,能夠看到這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展規(guī)律。
國(guó)家工信部原材料工業(yè)司司長(zhǎng)周長(zhǎng)益10月29日透露,包括石墨烯產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃正在編制并即將出臺(tái)。他說(shuō),目前工信部正會(huì)同有關(guān)部門擬定加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見,指導(dǎo)建立石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟,積極組建石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新中心,加大對(duì)行業(yè)發(fā)展的服務(wù)。
鐘成認(rèn)為,中國(guó)在制定石墨烯相關(guān)規(guī)劃的時(shí)候,不能簡(jiǎn)單地整合各個(gè)地方報(bào)上來(lái)的材料,而要有長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光,有布局的能力,把握時(shí)間的能力,要完成很多不賺錢的事情作為準(zhǔn)備。
他說(shuō),石墨烯產(chǎn)業(yè),只能說(shuō)是一個(gè)蹣跚學(xué)步的幼兒,承載不了那么多的企業(yè)和資本,要給足夠的時(shí)間讓它成長(zhǎng),要有足夠的耐心。