论文部分内容阅读
石墨烯是一种二维的单层碳原子结构材料，它不仅是世界上最强、最坚硬、最薄的物质，同时由于它在已知的材料中电阻率最小、导热系数最高，因此也是最理想的电极和半导体材料，被认为可以引发现代电子科技和信息技术的革命。
石墨烯比钻石还坚硬，强度是世界上最好钢铁的上百倍，以至于科学家想用它制备梦寐以求的“太空电梯”超韧缆线。预计到2020年，石墨烯全球市值将达到1.49亿美元。石墨烯的未来，取决于我们能否提供可供高端应用的基础材料。
当你推着购物车经过结算柜台时，不需要像现在这样排队扫描二维码，物联网无线系统会自动统计你购物车中的物品并计价，并从你的购物卡扣除费用，所有的一切将瞬间完成，你只要拿到一个收据即可。
未来让你享受如此轻松购物的，正是石墨烯技术在射频识别上的应用。那么，石墨烯这种神奇材料究竟能够给我们的生活带来怎样的变革？我国未来能否实现产业化呢？带着相关问题，笔者专访了一些中外著名科学家、产业人士，梳理石墨烯发展过程中的热点问题，以厘清未来产业化的突破路径。
“材料之王”将如何颠覆世界
大多数人有用铅笔在纸上写字的经历，那留下的痕迹是石墨在一层层剥离，当剥离到最小极限只有一个碳原子厚的单层石墨时，就是石墨烯。令人惊异的是，这种看似平常的物质，却因由英国曼彻斯特大学两位科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫发现后共获2010年诺贝尔物理学奖，从此犹如打开新材料世界的一扇“阿里巴巴”之门。
“它是迄今为止在自然界中发现的最薄、机械强度最大的材料，可以被无限拉伸，弯曲到很大角度不断裂，还可以抵抗很高的压力。”诺奖得主海姆教授说。
石墨烯比钻石还坚硬，强度是世界上最好钢铁的上百倍，以至于科学家想用它制备梦寐以求的“太空电梯”超韧缆线。它稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性、极好的透光性和相对较高的机械强度。
如此出众的石墨烯，令人充满遐想与期待。济宁利特纳米技术有限责任公司董事长侯士峰博士介绍说：“石墨烯的用途广泛，未来可在加速物联网构建方面大显身手，如将石墨烯导电油墨产品应用于柔性电子设备、射频识别标签、柔性显示设备和传感器等。石墨烯还可以做到智能包装，包装袋上即时标注食品保质状况，让人真正体会到便捷、安全和实用。另外，它还将推动海水淡化等技术的发展，并能为新能源汽车提供续航里程更高的电池等。”
未来石墨烯将有何发展态势
很多人担心，石墨烯会像当年纳米材料刚出现一样，还没什么产品，概念就炒得满天飞，降低了产业信誉度；又恐像光伏产业一样，众多企业看好蜂拥，直至产量过剩。
对此，中国科学院院士、北京大学化学与分子工程学院教授刘忠范博士指出，“石墨烯不是一个门槛很低的行业！不是谁都可以进入，它的技术要求很高”。可以说这是一个潜力无限但风险极高的行业。
他说：“当前人们说起石墨烯的未来尚处于比较模糊的概念，未来它的发展态势有三种期待，且用三个参比来描述：第一种期待是硅，离开硅就没有了芯片，而信息化社会的主体是芯片；第二种是碳纤维，在某个领域占领市场，像日本东丽公司的碳纤维垄断国防市场；第三种是塑料，已拥有百年发展历程，在人们生活中必不可少。所以，对我们而言，石墨烯发展的最低标准是碳纤维，中端如塑料，最高标准是硅，但这种可能性有多大目前还不知道。”
10月底，由中国石墨烯产业技术创新战略联盟首次发布的《2015全球石墨烯产业研究报告》显示，预计到2020年，石墨烯全球市场值1.49亿美元，2014～2020年年复合增长率是44%，近期主要应用于复合材料、导电导热涂层、超级电容器、锂离子电池等，未来进一步的发展可能是柔性显示、太阳能、高性能芯片方面。从技术环境来看，石墨烯已经过了炒作的最热时期，很多公司已经将注意力从石墨烯的制备转移到终端应用，产业爆发点已经形成。
决胜未来的是高端研究
《“十二五”期间中国石墨烯行业深度市场调研与投资战略规划分析报告》显示，我国已申请了2200多项石墨烯专利技术，数量达世界石墨烯专利的1/3。是不是可以说，我国的产业潜力远超国外呢？
刘忠范指出，“我国要做是不会比国外差的，只是欧洲与我们关注的东西不太一样，相比之下，他们关注的是高端，我们关注的是低端，做的大多是电容器、锂电池，或把石墨烯作为‘工业味精’往水泥、涂料中掺，以提高他们的性能，但是并没有把石墨烯的导电导热特性发挥出来。由于这样做比较容易进入，所以很多人都在做。然而，真正决胜石墨烯未来的是高端研究！欧洲、美国和日本现在都在做，这也是我们现在存在的问题。所以我们要有自己的基础研究，不能总听别人怎么说”。
目前，很多石墨烯材料的研发成果仅限于实验室中，理想与现实有太大差距。现实是，至今尚无石墨烯的量产技术，且其制备成本太高，大大限制了产业化的发展，因此攻克石墨烯低成本规模化制备技术成为了相关产业发展中至关重要的一步。
刘忠范说到，“石墨烯将来有没有用，取决于能把这种材料做成什么样，我们能否提供可供高端应用的基础材料。打个比喻，做衣服首先需要高质量的布，我们力争做出最好的布。碳纤维有标号，石墨烯材料将来也会有标号的，若前者可做10年的话，后者就可做30年。要做的理想状态是像日本的碳纤维，在技术上做到垄断全球市场”。
刘忠范强调，碳纤维应用范围没有石墨烯广，如果能够把握石墨烯的关键，相信未来是我们的。所有人都不怀疑石墨烯的应用，将来会发展得更迅猛，到那时谁能做出可供高端应用的石墨烯材料，谁就是“老大”！
石墨烯的春天来了？
在青岛召开的“2015中国国际石墨烯创新大会”落帷之际，欧盟石墨烯旗舰计划执行委员会主席、英国剑桥大学石墨烯研究中心创始人兼主任安德里亚·法拉利教授说，此次来中国发现石墨烯的发展非常快，去年来只看到很多企业生产的石墨烯材料，而今年居然看到了相关产品，比如烯旺科技研发制造的石墨烯智能理疗护腰和发热衣服等。
《2015全球石墨烯产业研究报告》指出，从政策环境来说，国家经济处在重要的战略机遇时期，要实现可持续发展，传统材料就面临着升级换代的要求，这也为石墨烯的产业化发展提供了一个机遇。我国自2008年开始由科技部和国家自然科学基金委陆续对石墨烯基础研究进行支持。目前，我国石墨烯企业超过百家，并在常州、无锡、青岛、深圳等地形成产业集群。
中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春说：“我国虽然在全球应用产业方面做得比较领先，但作为一个制造业大国迫切需要产业转型升级，内外市场需求都很强烈。目前，中国已经逐渐成为全球石墨烯发展的核心，国外也愿意与中国合作，由此，在推动石墨烯产业化方面，基于宁波达成建立国际联盟大的框架，中国与国外几个石墨烯领域的先行国家在2015中国国际石墨烯创新大会上达成了《青岛共识》，深入开展的具体工作是：首先与英国形成强强联合；与在欧盟旗舰计划中承担项目最多的西班牙的一些研究单位和企业联合成立石墨烯研发平台；与意大利建立中意双边石墨烯创新合作项目；与德国共同推进建立国际石墨烯标准。”
正如有的专家所言：“石墨烯的春天来了不为过，而诠释其产业化还为时尚早，但其环境氛围的春天来了。”石墨烯从一开始就伴随着质疑、怀疑、打击而茁壮成长，它犹如身怀一身本领的“黑金”，终将会发光的。
石墨烯比钻石还坚硬，强度是世界上最好钢铁的上百倍，以至于科学家想用它制备梦寐以求的“太空电梯”超韧缆线。预计到2020年，石墨烯全球市值将达到1.49亿美元。石墨烯的未来，取决于我们能否提供可供高端应用的基础材料。
当你推着购物车经过结算柜台时，不需要像现在这样排队扫描二维码，物联网无线系统会自动统计你购物车中的物品并计价，并从你的购物卡扣除费用，所有的一切将瞬间完成，你只要拿到一个收据即可。
未来让你享受如此轻松购物的，正是石墨烯技术在射频识别上的应用。那么，石墨烯这种神奇材料究竟能够给我们的生活带来怎样的变革？我国未来能否实现产业化呢？带着相关问题，笔者专访了一些中外著名科学家、产业人士，梳理石墨烯发展过程中的热点问题，以厘清未来产业化的突破路径。
“材料之王”将如何颠覆世界
大多数人有用铅笔在纸上写字的经历，那留下的痕迹是石墨在一层层剥离，当剥离到最小极限只有一个碳原子厚的单层石墨时，就是石墨烯。令人惊异的是，这种看似平常的物质，却因由英国曼彻斯特大学两位科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫发现后共获2010年诺贝尔物理学奖，从此犹如打开新材料世界的一扇“阿里巴巴”之门。
“它是迄今为止在自然界中发现的最薄、机械强度最大的材料，可以被无限拉伸，弯曲到很大角度不断裂，还可以抵抗很高的压力。”诺奖得主海姆教授说。
石墨烯比钻石还坚硬，强度是世界上最好钢铁的上百倍，以至于科学家想用它制备梦寐以求的“太空电梯”超韧缆线。它稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性、极好的透光性和相对较高的机械强度。
如此出众的石墨烯，令人充满遐想与期待。济宁利特纳米技术有限责任公司董事长侯士峰博士介绍说：“石墨烯的用途广泛，未来可在加速物联网构建方面大显身手，如将石墨烯导电油墨产品应用于柔性电子设备、射频识别标签、柔性显示设备和传感器等。石墨烯还可以做到智能包装，包装袋上即时标注食品保质状况，让人真正体会到便捷、安全和实用。另外，它还将推动海水淡化等技术的发展，并能为新能源汽车提供续航里程更高的电池等。”
未来石墨烯将有何发展态势
很多人担心，石墨烯会像当年纳米材料刚出现一样，还没什么产品，概念就炒得满天飞，降低了产业信誉度；又恐像光伏产业一样，众多企业看好蜂拥，直至产量过剩。
对此，中国科学院院士、北京大学化学与分子工程学院教授刘忠范博士指出，“石墨烯不是一个门槛很低的行业！不是谁都可以进入，它的技术要求很高”。可以说这是一个潜力无限但风险极高的行业。
他说：“当前人们说起石墨烯的未来尚处于比较模糊的概念，未来它的发展态势有三种期待，且用三个参比来描述：第一种期待是硅，离开硅就没有了芯片，而信息化社会的主体是芯片；第二种是碳纤维，在某个领域占领市场，像日本东丽公司的碳纤维垄断国防市场；第三种是塑料，已拥有百年发展历程，在人们生活中必不可少。所以，对我们而言，石墨烯发展的最低标准是碳纤维，中端如塑料，最高标准是硅，但这种可能性有多大目前还不知道。”
10月底，由中国石墨烯产业技术创新战略联盟首次发布的《2015全球石墨烯产业研究报告》显示，预计到2020年，石墨烯全球市场值1.49亿美元，2014～2020年年复合增长率是44%，近期主要应用于复合材料、导电导热涂层、超级电容器、锂离子电池等，未来进一步的发展可能是柔性显示、太阳能、高性能芯片方面。从技术环境来看，石墨烯已经过了炒作的最热时期，很多公司已经将注意力从石墨烯的制备转移到终端应用，产业爆发点已经形成。
决胜未来的是高端研究
《“十二五”期间中国石墨烯行业深度市场调研与投资战略规划分析报告》显示，我国已申请了2200多项石墨烯专利技术，数量达世界石墨烯专利的1/3。是不是可以说，我国的产业潜力远超国外呢？
刘忠范指出，“我国要做是不会比国外差的，只是欧洲与我们关注的东西不太一样，相比之下，他们关注的是高端，我们关注的是低端，做的大多是电容器、锂电池，或把石墨烯作为‘工业味精’往水泥、涂料中掺，以提高他们的性能，但是并没有把石墨烯的导电导热特性发挥出来。由于这样做比较容易进入，所以很多人都在做。然而，真正决胜石墨烯未来的是高端研究！欧洲、美国和日本现在都在做，这也是我们现在存在的问题。所以我们要有自己的基础研究，不能总听别人怎么说”。
目前，很多石墨烯材料的研发成果仅限于实验室中，理想与现实有太大差距。现实是，至今尚无石墨烯的量产技术，且其制备成本太高，大大限制了产业化的发展，因此攻克石墨烯低成本规模化制备技术成为了相关产业发展中至关重要的一步。
刘忠范说到，“石墨烯将来有没有用，取决于能把这种材料做成什么样，我们能否提供可供高端应用的基础材料。打个比喻，做衣服首先需要高质量的布，我们力争做出最好的布。碳纤维有标号，石墨烯材料将来也会有标号的，若前者可做10年的话，后者就可做30年。要做的理想状态是像日本的碳纤维，在技术上做到垄断全球市场”。
刘忠范强调，碳纤维应用范围没有石墨烯广，如果能够把握石墨烯的关键，相信未来是我们的。所有人都不怀疑石墨烯的应用，将来会发展得更迅猛，到那时谁能做出可供高端应用的石墨烯材料，谁就是“老大”！
石墨烯的春天来了？
在青岛召开的“2015中国国际石墨烯创新大会”落帷之际，欧盟石墨烯旗舰计划执行委员会主席、英国剑桥大学石墨烯研究中心创始人兼主任安德里亚·法拉利教授说，此次来中国发现石墨烯的发展非常快，去年来只看到很多企业生产的石墨烯材料，而今年居然看到了相关产品，比如烯旺科技研发制造的石墨烯智能理疗护腰和发热衣服等。
《2015全球石墨烯产业研究报告》指出，从政策环境来说，国家经济处在重要的战略机遇时期，要实现可持续发展，传统材料就面临着升级换代的要求，这也为石墨烯的产业化发展提供了一个机遇。我国自2008年开始由科技部和国家自然科学基金委陆续对石墨烯基础研究进行支持。目前，我国石墨烯企业超过百家，并在常州、无锡、青岛、深圳等地形成产业集群。
中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春说：“我国虽然在全球应用产业方面做得比较领先，但作为一个制造业大国迫切需要产业转型升级，内外市场需求都很强烈。目前，中国已经逐渐成为全球石墨烯发展的核心，国外也愿意与中国合作，由此，在推动石墨烯产业化方面，基于宁波达成建立国际联盟大的框架，中国与国外几个石墨烯领域的先行国家在2015中国国际石墨烯创新大会上达成了《青岛共识》，深入开展的具体工作是：首先与英国形成强强联合；与在欧盟旗舰计划中承担项目最多的西班牙的一些研究单位和企业联合成立石墨烯研发平台；与意大利建立中意双边石墨烯创新合作项目；与德国共同推进建立国际石墨烯标准。”
正如有的专家所言：“石墨烯的春天来了不为过，而诠释其产业化还为时尚早，但其环境氛围的春天来了。”石墨烯从一开始就伴随着质疑、怀疑、打击而茁壮成长，它犹如身怀一身本领的“黑金”，终将会发光的。