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中国石墨烯的“七年之痒”

 
 
中国石墨烯的“七年之痒”  
 

中国石墨烯的“七年之痒”

工业化批量制备的石墨烯各项性能和理想状态差距大,“一片石墨烯能撑起一头大象”的预期还实现不了。图片来源:百度图片

■本报记者 李惠钰

一次美国走访学习的经历,让工信部赛迪研究院原材料所所长肖劲松陷入沉思:“中美在石墨烯发展方面有很大差异,跟国内的狂热相比,美国很多理性的认知对我们来说甚至是具有颠覆性的。”

作为一种前沿材料,石墨烯近年来在我国发展迅速,企业数量不断增加。与此同时,各地也积极出台相关政策推动石墨烯行业的发展。在今年1月举行的国家科学技术奖励大会上,就有5个石墨烯相关项目获奖。

但是,我国石墨烯产业似乎又陷入了一种毁誉参半的尴尬境地。相比美国,我国石墨烯应用方向更趋于复合材料、功能材料等低端化领域。不仅如此,我国虽有很多企业都声称已实现石墨烯大规模生产,但市场却频繁遇冷,企业盈利更是遥遥无期。

“当前,国内轰轰烈烈的大跃进式的石墨烯运动是不可取的。未来的石墨烯行业是建立在石墨烯材料的杀手锏级应用基础之上,而不是作为一个万金油式的添加剂。”针对国内陷入“七年之痒”的石墨烯行业,北京石墨烯研究院执行院长魏迪提醒道。

中美差异的反思

石墨烯发现者2010年获得诺贝尔物理学奖后,全球就掀起了石墨烯研发热潮。但是,公众对石墨烯新材料的热捧,也导致了石墨烯产业虚火过旺。相比美国,我国石墨烯更是呈现出一片虚假繁荣的景象。

实际上,石墨烯本来就存在于自然界,只是难以剥离出单层结构。铅笔在纸上轻轻划过,留下的痕迹就可能是很多层石墨烯。当时获得诺贝尔奖的专家发现了石墨烯强度高、韧性强等优异性能,主要就是体现在单层结构上。

“石墨烯在单层结构上随着层数的增加,诸多优越性都将降低。10层以上性能就大打折扣,甚至都不能再称为石墨烯。”肖劲松表示,“美国强调的就是单层石墨烯,而我国把10层以下的都称为石墨烯,甚至把类石墨烯的产品也叫石墨烯,鱼目混珠的现象比较严重。”

除了概念与标准的不同,在制备方法上中美也有差异。肖劲松表示,美国主要采用化学气相沉积法和外延生长法,这两种方法虽然生产成本高且不容易量产,但是却能够制备出高品质的单层石墨烯。我国虽然在研发上也有采用上述两种方法,但在产业化上,90%都是采用成本低、可大规模生产的氧化还原法。

肖劲松通过调研美国相关机构发现,美国对石墨烯有一个技术程度评价的等级,1~4级属于实验室研发阶段,5~6级属于逐渐趋向于产业化阶段,7~9级才属于技术较成熟的产业化阶段。美国产业界普遍认为,目前石墨烯仍以实验室研发阶段为主,技术成熟度为3~4级,尚不适合大规模生产,整个石墨烯市场仍处于萌芽状态。

而反观中国,大部分科研院所都急于将并不成熟的技术推向市场,很多企业都声称石墨烯已经实现大规模生产,地方政府也通过制定产业发展规划设立产业基金,建立产业园区、产业联盟等,加大产业化应用推广。但实际上,企业大规模盈利仍然遥遥无期。

另外,北京国知专利预警咨询有限公司总经理于立彪表示,在专利数量上,虽然我国与美国都位列前三甲,但美国的专利质量水平普遍很高,且申请主体以IBM、英特尔等大型跨国公司为主。而我国专利申请主体以高校、科研院所为主,企业仅占30%左右。

肖劲松也指出,美国专利布局重点在集成电路、晶体管、传感器、信息存储、增强复合材料等领域,注重对整个产业链的全面布局和保护。而我国很多是为了专利而专利,整体重量轻质,近半数集中在复合材料领域,其次为储能水处理器、传感器,缺乏系统性。

寻找杀手锏级应用

目前,资本对于石墨烯的热情正在退潮,很多第一批关注石墨烯的企业也在逐渐淡出。“工业化批量制备的石墨烯的各项性能和理想状态差距很大,所谓‘一片石墨烯能撑起一头大象’‘一克石墨烯展开可铺满一个足球场’等的预期,基本都实现不了。”中关村石墨烯产业联盟副秘书长班建伟说。

针对我国石墨烯产业的处境,在近日召开的“2018中国国际石墨烯产业发展论坛暨中关村石墨烯产业联盟年会”上,肖劲松提醒,一定要谨防我国石墨烯行业陷入低端陷阱。

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