加速產業化的石墨烯路在何方？

　　作為一種獨特的先進碳材料，石墨烯正在掀起（qǐ）一場席卷全球的顛覆性產（chǎn）業革命。但總的來講，目前石墨烯產業仍處在發展初期，特別是石墨烯整個產業鏈未實現疏通和整合。石墨烯（xī）產業發展之路究竟該怎麽走？帶（dài）著這一問題，中國化工報記者近日采訪了多（duō）位業（yè）內人（rén）士。

　　外部環境：　　　加速推動產業化

　　石墨烯是世界上（shàng）已發現的（de）最薄、強度最高的納（nà）米材料，也是導電性、導熱性最出（chū）色的材料。在各國政府關注石墨烯產業發展之時，我國也先（xiān）後推出了促進石墨烯產業化發（fā）展的相關規劃和政策。據悉，石墨烯在今年被科技部列為“863”計劃（huá）納米材（cái）料專項重點支持內容；而在“十三五（wǔ）”科（kē）技發展規劃中，石墨烯研發及產業（yè）化也有望獨占一席。國家自然科學基金委對石墨烯基礎研究也給予了高度重視，近年來每年都支持數百個與石墨烯相（xiàng）關的研究課題，相關項目累計已達1000多個。國家發改委、工（gōng）信（xìn）部在商討出台新材料重大研（yán）究計劃時，也多次組（zǔ）織對石墨烯產業的調研（yán）。

　　除了國家層麵的支持，地（dì）方政府在推動石墨烯產（chǎn）業化發（fā）展方麵也頻（pín）頻發力。此前，江蘇省無錫市（shì）發布了《無錫石（shí）墨烯產業發展規劃綱要》，積極（jí）推進石墨烯產業分工合作、資源共享與區域（yù）聯動（dòng）發展（zhǎn），進而將無錫打造成（chéng）gjj石墨烯產業應用示範基地和（hé）具有國際競爭力的石墨烯產業發展示（shì）範區。無錫石墨烯產業發展示範區、無錫市石墨烯（xī）技術及（jí）應用研發中心、江蘇省石墨烯檢測技術重點實（shí）驗室也於不久前揭牌。

　　此外，行業聯盟的成立加速了石墨烯產業鏈、創新鏈（liàn）、價（jià）值鏈的形成。去年7月13日，由清華大學、中科院金（jīn）屬研究所、南京科孚納米（mǐ）技術有限公司、中科院寧波材料技術與工程研究所、北（běi）京現代（dài）華清材料科技發展中（zhōng）心等核心單位發起，聯合國內從事石墨烯研（yán）發、產業化的22家法人機構，在中國產學研合作（zuò）促進會（huì）的支持下（xià）成（chéng）立了中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟。短短（duǎn）1年多時（shí）間，聯（lián）盟在促進（jìn）產業化發展方麵成績斐然：先後在無錫、青島、深圳和寧波布局了（le）4個石墨烯產（chǎn）業創（chuàng）新基地；推動成立江（jiāng）蘇省、山東省等省級石墨烯產（chǎn）業技術創（chuàng）新戰略聯盟；啟動中國（泰州）石墨烯（xī）研究及檢測公共服務平台；成立中國石墨（mò）烯標（biāo）準化委員（yuán）會，並發（fā）布全球首個明確給出石墨烯關鍵名詞術語和定義（yì）的標準即中國石墨烯第1號標準《石墨烯材料的名（míng）詞術語與定（dìng）義（yì）》。

　　除了政策扶持和行業自身的努力，石墨烯產業（yè）化（huà）的進行還需要資金支持。國務（wù）院參事、中國生產（chǎn）力促進中心協會理事長石定寰表示，創新活動光有產（chǎn）學研還遠遠不夠（gòu），還需要金融（róng）、財政的支（zhī）持，形成一套完善的金融（róng）服務體係，不（bú）然創新活動就成了“無米之炊”。

　　中國石墨烯（xī）產業技術創新戰略聯盟秘書長李義春也表示：“當一項技術發展到成（chéng）熟階段進入產業化通道時，資本就變得尤為重要。”濟南墨希新材料科技有（yǒu）限公司常務副（fù）總經理高飛告訴中（zhōng）國化工報記者，石墨烯是朝陽產業，長遠來看是非常好的投資選擇，然而目前石墨烯行業剛剛起步，大規模商業化應用尚未展開，企業盈利能力很弱，可（kě）能未（wèi）來兩三（sān）年都見不（bú）到回報，並不適合短期投資。“政府投資是（shì）一個不錯的風向標。”他（tā）說，“無錫、寧波、青島等地政府都對石墨烯產業投入巨（jù）資進行（háng）扶（fú）持。”

　　為進一步推進石墨（mò）烯產業化，意在利用投融資方式（shì）創（chuàng）新和加強協同創新能力加速推（tuī）進石墨烯產（chǎn）業化進程的中國石墨烯產業投融資聯盟也已正（zhèng）式成立。杭州道弘新材料基金總裁謝鋅昊表示，中國石墨烯產業投融資聯盟將成立聯盟內基金，優選石墨烯項目，引進專業投資人，培育扶持石墨烯企業健康快（kuài）速（sù）發展。

　　加速手段：　　　國際（jì）合作聯合創新

　　雖然國內產業化已經起（qǐ）步，但我們應該（gāi）清醒（xǐng）地看到，由石墨烯應用（yòng）引發（fā）的產業化革命正處於黎明前的（de）準（zhǔn）備期。創新（xīn）與合作、應（yīng）用研（yán）究與產業化推進將成為劃破黑暗的（de）曙光。這是不久前召開的2014中國國際石墨烯（xī）創新大會達成的（de）共識。在這場20多個國家、360多家機構的1000餘位（wèi）石墨（mò）烯專家和企業代表（biǎo）聚（jù）首的行業盛宴上，誕生了《石墨烯創新寧波宣言》。《宣言》提出，石墨烯行業應注重原始創新（xīn）和開放合作，積（jī）極參與國際交流合作，充分利（lì）用全球創新資源，加快重大產品的創新突破，推動石墨烯產品的國際化發展。

　　近年（nián）來，世界（jiè）石墨烯技術發展（zhǎn）呈現突飛猛進的持續升溫態勢，各國都（dōu）在這新一輪的高技術競爭中爭（zhēng）分奪秒搶占先機。2013年，歐盟宣布將石墨烯列入未來新興旗艦技術項目。中國作為石墨資源大國和製（zhì）造業大國，不但在石墨（mò）烯研究方麵與國際同步，而且在石墨烯應用方麵具有巨大的（de）市（shì）場空間，由此成為全球石墨烯行業共同關注的焦點。

　　據了解，中歐雙方目前對石墨烯（xī）都給予了高度重視，同（tóng）時也都取得了較大進展。雙方在石墨烯（xī）領域的（de）研究有（yǒu）競爭，但更（gèng）多的是互補（bǔ）。歐盟石墨烯旗艦計劃共列了13個大方向，雖然基本（běn）涵（hán）蓋了石墨烯（xī）的所有（yǒu）領域，但布局更側重於基礎和前沿領域，包括石墨烯在高頻電（diàn）子、傳感器、柔性顯示等領域的應用。而對於石墨烯在儲能電池、觸摸顯示、散熱、複合材料等領（lǐng）域的產業化研（yán）究，相對來說目前中國的商（shāng）業化基礎更好，更有優（yōu）勢。因此加強兩方的合作與溝通，能夠取長（zhǎng）補短，並實現資源的更有效配置（zhì），加（jiā）速石墨烯產業的（de）快速健康發展。

　　為（wéi）此，國內石墨烯行業將（jiāng）與歐洲石墨烯旗（qí）艦計劃組、Phantoms基金會等共同發（fā）起成（chéng）立國際石墨烯創新聯盟，聯盟將通過建立公益性、非政府的全球石墨烯創新服務平台，在（zài）全球石墨烯產業戰略發展藍圖繪製、增強國際化聯合創新、架設技術與資本的橋梁等國際產業環境建設等（děng）方麵發（fā）揮重要的推動作用。據悉，聯盟總部有望設在中國。

　　中國高新區協會理事（shì）長張景安表示，中國在石墨烯領域研（yán）發起步較晚（wǎn），但發展較快，有潛在優勢和後發優勢。特別是石墨（mò）烯（xī）許多應用領（lǐng）域（yù）的（de）市場空間在中國、在全球石墨烯研發及產業化布局中有很強的互補性。因（yīn）此，在推動石墨烯產業發展的同時，加強國際間的合作尤為重要。

　　加速方向：　　　從應用領域突破瓶頸

　　石墨烯產業化目前風風火火（huǒ），但（dàn）仍（réng）然煉不出橫亙其前的最重要的一塊金子——應用（yòng）研究的根本突破。

　　石墨烯應用領（lǐng）域十分廣泛，未來將在（zài）散熱材料（liào）、鋰（lǐ）電材料、儲能材料等領域獲得應用。但專家指出，目前最有價值的應用應該還是在半導體領域如晶體管、高頻元件、傳感器等。一旦晶圓（yuán）級尺寸石墨烯單晶（jīng）薄膜的規模化製備技術取得突破，石墨烯將有望取代矽成為新一代半導體器件的核心材料，將為電子信（xìn）息技術帶來革命性（xìng）的變化。但是這對全世界都是一個巨大的難題，可能需要十幾年甚至數十年的努力，而（ér）且（qiě）這一領域（yù）本身的資金、技（jì）術門檻都很高。

　　至（zhì）於（yú）石墨烯最早（zǎo）能實現產業化應用的領域，專家認（rèn）為可能還是石墨（mò）烯粉體以高端添（tiān）加劑的形式應（yīng）用於鋰離子電池、塗料（liào）、油墨、塑料（liào）等（děng）領域。例如，將石墨烯（xī）應用於鋰離（lí）子電池可以解決傳統鋰電池能（néng）量密度和功率密度難以兼得的問題（tí），因（yīn）此石墨烯在鋰離（lí）子（zǐ）電池中應用是一個非（fēi）常（cháng）有（yǒu）前途的方向。石墨烯可以（yǐ）在多（duō）個方麵應用於鋰電池中，比如石墨烯複合負極材料，如矽碳複合負極材料（liào）；也可以作為鋰電池正負（fù）極材料的導（dǎo）電添加劑，還（hái）可以塗覆於鋁箔集流體（tǐ）上，形成石墨烯功能塗層鋁箔石。

　　然而，上述這些目前（qián）都處在（zài）“進行時”甚至“將來時（shí）”。近年來，石墨烯粉體在規模化製備技（jì）術上取得了巨大進步，目前成本已經從（cóng）最初的幾千元1克降到大批量生產（chǎn）時的每克幾元甚至低於（yú）1元。盡管尚未經過產品均一（yī）性、穩定（dìng）性等的考驗，但為其在下遊的應用（yòng）提供了極（jí）大可能。

　　相比之下，石墨烯在下遊的應用研究就顯得相對滯後（hòu）。目前（qián）石墨烯產業最（zuì）大的瓶頸仍在於下遊應（yīng）用，還沒有一個領域可以實現石墨烯的規模化應用。因此，業內人士指（zhǐ）出，盡快實現石（shí）墨烯在下遊的（de）某一（yī）兩個應用領域的突（tū）破是（shì）當前石墨烯產（chǎn）業（yè）化的關鍵。

　　“有了大訂單，才可能有發展”。中國科學院寧（níng）波材料技術與工（gōng）程研究所研究員劉兆平（píng）接受中國化（huà）工（gōng）報記者采訪時曾表示，目前石墨烯市場比（bǐ）較混（hún）亂（luàn），行業麵臨的問題較（jiào）多，其中最重要的是應用技術的研發，這個問題搞（gǎo）清楚了，就可以有針對性地生產符合需求的石墨烯產品。高飛也向（xiàng）記者（zhě）表示：“目前國內石（shí）墨烯規模製備技術迅速發展，成本問題可以通過技術創新、規模效（xiào）應來解決，但如（rú）何將石墨烯完美添加到產品裏麵並有效（xiào）提升產品性能，這是最重要的。”他同時認（rèn）為：“石墨烯應用研（yán）究應該接地氣（qì），要能實現產業化，還要（yào）對現有生產線改動盡量小。”高飛還表示，目前生產研發企（qǐ）業和下遊企業缺乏溝通，科研（yán）單位的研發與企業應用缺少有（yǒu）效對接，業內過分偏重基礎科學研究而實用型技術人才太少，這些都在製約石墨烯產業的進一步發展。

　　另外，石墨烯粉體或（huò）者薄膜產品本（běn）身的成本、品質、穩定性等仍有較大的改進空間。國家半導體照明工（gōng）程（chéng）研發及產業聯盟理事長吳玲（líng）曾表示，目前LED行業正在快速發展，但（dàn）LED最終能否走進老百姓（xìng）家裏，還要看它的價（jià）格。現在LED上的ITO用的是銦，石墨烯如果做好了就可以替代它，至少在半導體照明的光效提升方麵（miàn），會是石墨烯的大（dà）客戶。

　　當然，業內對石墨（mò）烯的未來仍然持樂觀態度。石墨烯的發現者和諾貝爾獎獲得者Andre Geim教授在今年的一次講座中曾提（tí）出，預計三五年（nián）內，石墨烯會有令人驚奇的應用。在國際石墨烯創新大會上，美國CVD equipment公司、西（xī）班牙ICN2、德國耐馳公司（sī）、英國國家（jiā）石墨烯（xī）研究所、西班牙Graphenea公司等10餘家國（guó）外機構，墨西科技、廈門凱納、上海（hǎi）新池、中科院金屬所等20餘家國內單位展示（shì）了其最新成果和（hé）產品。從近期報（bào）道的消息來看，不（bú）少研究成果（guǒ）已經開始觸摸到了應用層麵，這些研究成果的（de）應用，讓消費者（zhě）對可彎曲的（de）智能手表、可折疊成智能手機的平板電腦、15分鍾便充好電且續航能力達500千米的電動車蓄電池等石墨烯革命可能帶來的改變，更加充滿期待。石墨烯時代將不再遙遠。

　　鏈接

　　石墨烯製備（bèi）技（jì）術一覽

　　自2004年Geim等首次用微機（jī）械剝離法製備出石墨烯以來，科研人員開發出眾多製備石墨烯的方法，其中比較主（zhǔ）流（liú）的方法有外延生長法、化學氣相沉澱（CVD）法和氧化石墨還原法等。

　　●微（wēi）機械剝離法

　　石墨烯首先由微機械剝離法製得。微機（jī）械剝離法是用透明膠（jiāo）帶將（jiāng）高（gāo）定（dìng）向熱解石墨片按壓到其他表麵上進行多次剝（bāo）離，最終得到單層（céng）或數層的石（shí）墨烯。該法操作簡單（dān）、製作樣本質量高，是當前製取單層高品質石墨烯的主要方法。但其可控性較差（chà），製得的石墨烯尺寸較小且（qiě）存在很大（dà）的不確定性，同時效（xiào）率低，成本高，不適合大規模生產（chǎn）。

　　●外（wài）延生長法

　　外延生長法包括碳化矽外延生長法和金屬催化外延生長法。碳化矽外延生長（zhǎng）法是在高溫下加熱（rè）SiC單晶體，使Si原子被蒸發而脫離表麵，剩下的（de）C原子通過自組形式（shì）重（chóng）構得到石墨烯（xī）。金屬催化外延生長法是在超高真空條件下，將碳氫（qīng）化（huà）合物（wù）通入到具有催化活（huó）性的過渡金屬基底表麵，通（tōng）過加熱使吸附氣（qì）體（tǐ）催化脫氫從而製得石墨烯。這兩種方（fāng）法所（suǒ）製備的石墨烯多（duō）為單層，可大麵積製備出均勻（yún）的石墨烯。

　　●化學氣相沉澱（CVD）法

　　被認（rèn）為最有希望製備出高質量、大麵積（jī）的石墨烯的方法，也是產業（yè）化生產石（shí）墨烯薄膜最具潛力的方法。該法將碳氫化合物通入到高溫加熱（rè）的金（jīn）屬基底表麵反應（yīng）後冷卻，冷卻過程中在基底表麵（miàn）會形（xíng）成數層或單層石（shí）墨烯。該法與金屬催化外（wài）延生長法類似，其優點（diǎn）是可以在（zài）更低溫度下進行，降低能量消耗（hào），並且石墨烯易於分離，有利於後（hòu）續的加工處（chù）理。

　　●氧化石墨還原法

　　該法也被認為是目前（qián）製備石墨烯的（de）zj方法（fǎ）之一。該方法（fǎ）操（cāo）作簡單、製備（bèi）成本低，可以大（dà）規（guī）模地製備出石墨烯（xī），已成為石墨（mò）烯製備的有效途徑。其具體（tǐ）操作過程（chéng）是先用強氧化劑（jì）將石墨氧化成氧化石墨，在石墨層（céng）間穿插一些含氧官能團，後經超聲可形成單層或數層氧化石墨烯，再用強還原劑將氧化石墨烯還原成石墨烯。

　　其（qí）他製備石墨烯的方法還有碳納米（mǐ）管切割法、石墨插層法、離子注入法、高（gāo）溫高壓（HPHT）生長法、爆炸法以及有機合成法等。