中國現(xiàn)在處于“石墨烯淘金熱”中，全國各地都在做石墨烯產(chǎn)業(yè)，石墨烯這個詞幾乎家喻戶曉。作為如此火爆的“網(wǎng)紅”，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路到底該怎么走？怎么才能走得更穩(wěn)健、更長遠？這些應(yīng)該是科技界和產(chǎn)業(yè)界思考的問題。
石墨烯號稱“新材料之王”，是一種二維蜂窩狀純碳材料，集眾多特性于一身。它是目前最薄、最輕的材料，同時也是最強、最堅硬的材料。雖然石墨很軟，但是單層的石墨烯材料甚至比金剛石還硬。我們所熟知的金剛石導(dǎo)熱性很好，熱導(dǎo)率在2000W/mK（導(dǎo)熱系數(shù)）左右，而石墨烯的熱導(dǎo)率達到5300W/mK。石墨烯還兼具柔性、透明等特性，而且只有質(zhì)子能夠穿透。這些優(yōu)良的特性賦予了石墨烯材料極為廣闊的應(yīng)用前景，也是吸引全世界眼球的根本原因。
石墨烯價值理想豐滿但現(xiàn)實骨感
中國擁有全世界最為龐大的石墨烯研發(fā)隊伍，從2011年起發(fā)表的學(xué)術(shù)論文數(shù)量就穩(wěn)居世界第一。中國申請的石墨烯專利數(shù)量也高居全球榜首，呈遙遙領(lǐng)先之勢。
目前，中國正在掀起一場轟轟烈烈的石墨烯產(chǎn)業(yè)化運動。全國有將近20家石墨烯產(chǎn)業(yè)園，這個數(shù)字還在增長。無論是發(fā)達地區(qū)，還是偏遠地區(qū)，都在建石墨烯產(chǎn)業(yè)園，這讓人想起1958年大躍進時期的“大煉鋼鐵”運動。
其實，對于石墨烯材料來說，理想與現(xiàn)實差距很大。理想的石墨烯具有完美的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)實的石墨烯就像一件破衣服，由無數(shù)個石墨烯微片拼接而成。石墨烯上有很多缺陷，還有很多臟東西。因此，現(xiàn)實制備出來的石墨烯材料性能沒有那么好，價值也沒有那么高。套用一句網(wǎng)絡(luò)語言，就是“理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感”。
石墨烯材料需持續(xù)投入更需耐心
我們可以看不懂未來，但是可以回顧歷史，溫故而知新。大家所熟悉的碳纖維研發(fā)歷史很有借鑒意義。1961年，大阪工業(yè)技術(shù)試驗所進藤昭男發(fā)明聚丙烯腈基碳纖維制備技術(shù)，十年后的1971年日本東麗公司率先實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)，每月1噸的規(guī)模。東麗公司沿著T300、T800、T1000的標(biāo)號之路不斷提升碳纖維的質(zhì)量，投入了1400多億日元研發(fā)資金，直到2003年贏得波音787合同后，才真正扭虧為盈。實際上，早年的碳纖維只能做釣魚桿，而現(xiàn)在的碳纖維已成為先進航空器的支撐材料。同樣叫碳纖維，但是東西不一樣，強度完全不一樣。相信石墨烯材料也會走同樣的路，需要時間的積淀，需要持續(xù)的投入，更需要耐心。
石墨烯制備決定其未來不盡相同
制備決定未來。現(xiàn)在的石墨烯并不等同于未來的石墨烯。
石墨烯可以分成兩大類，粉體石墨烯和薄膜石墨烯，制備方法不同，用途也完全不同。從大規(guī)模生產(chǎn)的角度講，粉體石墨烯通常從石墨出發(fā)制備，通過一系列的物理化學(xué)過程把石墨烯從塊體石墨上剝離下來。這種石墨烯一般質(zhì)量較差，但產(chǎn)量很大，也比較便宜。目前國內(nèi)產(chǎn)能已達到7000噸規(guī)模，實際產(chǎn)量也就百噸規(guī)模。
化學(xué)氣相沉積方法是規(guī)模化制備薄膜石墨烯的通用技術(shù)，所得到的石墨烯質(zhì)量很高，當(dāng)然也比較貴，目前國內(nèi)產(chǎn)能已達到年產(chǎn)百萬平米量級。北京大學(xué)在高質(zhì)量石墨烯制備方面做了大量的研究探索，在標(biāo)號石墨烯薄膜、三維粉體石墨烯、超級石墨烯玻璃以及超級石墨烯光纖等研究領(lǐng)域取得一系列重要突破。
需要關(guān)注引領(lǐng)未來的核心技術(shù)
未來的石墨烯產(chǎn)業(yè)會是一塊大蛋糕。當(dāng)然，這塊蛋糕我們能夠切到多少是個未知數(shù)。取決于我們現(xiàn)在關(guān)注什么，我們需要關(guān)注的是引領(lǐng)未來的核心技術(shù)，而不僅僅是今天的產(chǎn)品。當(dāng)然，從一個實驗室材料和技術(shù)走到產(chǎn)業(yè)需要很長的路，需要投入、堅持和耐心。
中國擁有最龐大的石墨烯研究隊伍，但是非常分散，基本上是小作坊式的。到處搞石墨烯產(chǎn)業(yè)園的做法，大部分是簡單重復(fù)，缺少技術(shù)含量，急功近利現(xiàn)象非常嚴(yán)重。
很多人誤認(rèn)為石墨烯產(chǎn)業(yè)會很快走向大規(guī)模快速發(fā)展階段，實際上并非如此。根據(jù)高德納公司（Gartner）的技術(shù)成熟度曲線，實際上石墨烯產(chǎn)業(yè)仍處于早期階段，很快就會進入死亡谷，這時候最需要的是堅持、企業(yè)遠見和國家意志。碳纖維從小批量生產(chǎn)到現(xiàn)在已有45年，而石墨烯只有12年的歷史，的的確確跑得有點快了。石墨烯產(chǎn)業(yè)畢竟是實體產(chǎn)業(yè)，絕不會像互聯(lián)網(wǎng)那樣一“忽悠”就起來。
當(dāng)然，我們也看到了希望。北京市剛剛啟動了石墨烯專項，跨度是十年，從“十三五”到“十四五”規(guī)劃。我們的布局絕不僅僅是今天的產(chǎn)品，重點是未來的核心技術(shù)研發(fā)。