加速產業化的石墨烯（xī）路在何方？

　　作（zuò）為一種獨特（tè）的先進碳材（cái）料，石墨烯正在（zài）掀起一場席卷（juàn）全球的顛（diān）覆性產業革命（mìng）。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（shí）墨烯產（chǎn）業發展之（zhī）路究竟該怎麽走？帶著這一問題，中國化工報記（jì）者近日采訪了多位業內（nèi）人士。

　　外部環境（jìng）：　　　加速推動產業化

　　石墨烯是世界上已發現的最薄（báo）、強度最高的（de）納米材料，也是導電性、導熱性最（zuì）出色的材料。在（zài）各國政府關注石墨烯（xī）產業（yè）發（fā）展之時，我國也先後推出了促進石墨烯產業化發展（zhǎn）的相關規（guī）劃（huá）和政策。據悉，石墨烯在今年被科技部列為“863”計劃納米材料專項重點支持內容；而在“十（shí）三（sān）五”科技發展規劃中，石墨烯研發及產業化也有望獨占一席。國家自然科（kē）學基金（jīn）委（wěi）對石墨烯基礎研究也給予（yǔ）了高（gāo）度重視，近年來每年都支持數百個與石墨烯相關的研究課題（tí），相關項目累計已達（dá）1000多個。國家發改（gǎi）委、工信部在商討（tǎo）出台新材料重大研究計劃時，也多次組織（zhī）對石墨烯產（chǎn）業的調研。

　　除了國家層麵的（de）支持，地方政府在推動石墨烯產業化發展方麵也頻頻發（fā）力。此前，江蘇省無錫市發布了《無錫石墨烯產業發展規劃綱要》，積極（jí）推進石墨烯產業分（fèn）工合作、資源共享與區域聯動發展，進而將無錫打造成gjj石墨烯（xī）產業應用示範基地和具（jù）有國際競爭力的石墨烯產業發展示範區（qū）。無錫石墨烯產業（yè）發展（zhǎn）示範區、無（wú）錫市石墨烯技術及應用研發中心、江蘇省石墨烯檢測技術重點實驗室（shì）也於不久前揭牌。

　　此外，行業聯（lián）盟的成立加速了石墨烯（xī）產業（yè）鏈、創新鏈、價值鏈的形成。去年7月13日，由清華（huá）大學、中科院金屬研究所、南京（jīng）科孚納米技術有限（xiàn）公司、中科院寧波（bō）材料技術與（yǔ）工程（chéng）研究（jiū）所、北京現代華清材料（liào）科技發展中心等核心單位發（fā）起，聯合國內從（cóng）事石墨烯研發（fā）、產業化的22家法人機構，在中國產學研合作促（cù）進會的支持下（xià）成立了中國石墨烯（xī）產業（yè）技術創新戰略聯盟。短短1年多時間，聯盟在促進產業化發（fā）展方麵成績斐然：先後在無錫（xī）、青島（dǎo）、深圳（zhèn）和寧波布局了4個石墨烯（xī）產業創新基地；推動成立江蘇省、山（shān）東省等省級石墨烯產業技術創新戰略聯盟；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（guó）石墨（mò）烯標準化委員會，並發布全球首個明確給（gěi）出石墨烯關鍵名詞術語和定義的標準即中國石墨烯第1號標準《石墨烯材料的名詞（cí）術語與定義》。

　　除了政（zhèng）策扶持和行（háng）業自（zì）身的（de）努力，石墨烯產業化的進行還需（xū）要資金（jīn）支持。國務（wù）院參事、中國生產力促進中心協會（huì）理事長石定寰表示，創（chuàng）新活動光有產學研還遠遠（yuǎn）不夠，還需要金融、財政的（de）支持，形成一套（tào）完（wán）善的金融（róng）服務體係，不然（rán）創新活動就成（chéng）了“無米之炊”。

　　中國石墨烯產業（yè）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熟階段進入產業化通道時（shí），資本就（jiù）變得（dé）尤為重要。”濟（jì）南墨希新材料科技（jì）有限公司常務副總經（jīng）理高飛告訴中國化工報記（jì）者，石墨烯是朝陽產（chǎn）業，長遠來看（kàn）是非常好的投（tóu）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，可能未來兩三年都（dōu）見不到回報（bào），並不適（shì）合短期（qī）投資。“政府投資是一個不錯的風向標。”他說，“無錫、寧波、青島等地政府都對石墨烯（xī）產業投入巨資進行扶持。”

　　為進一步（bù）推進石墨烯產業化，意在利用投融資（zī）方式創新和加強協同創新能力加速推進石（shí）墨烯產業化進程的中國石墨烯產業投融資聯盟也已正式成立。杭州（zhōu）道弘新材料基金總裁謝鋅昊表示，中國石墨（mò）烯產業投融資聯盟將成立聯（lián）盟內基金，優選石墨烯（xī）項目，引（yǐn）進專業投資人（rén），培育（yù）扶持石墨烯企業健（jiàn）康快速發展。

　　加速手段：　　　國際合作聯合創新

　　雖（suī）然國內產業（yè）化已經起步，但我們（men）應該清醒地看到（dào），由石墨烯應用引發的產業化革命正處於黎明前的準備期。創新與合作、應用研究與產業化推進將成為劃破黑暗的曙光。這是不久前召開的2014中國國際石（shí）墨烯創新大會達成的共識。在這場20多個國家、360多家機（jī）構的1000餘位石墨烯專（zhuān）家和企業（yè）代表聚首的行業盛宴上，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（yuán）始創新和（hé）開放合作，積極參與國（guó）際交流合作，充分利用全球創新資源，加（jiā）快重（chóng）大產品的創新突破，推動石墨烯產品（pǐn）的國際化發展。

　　近年來，世界石墨烯技術發展（zhǎn）呈現突飛猛進的持續升溫態勢，各國都在這新一輪的高（gāo）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（xìng）旗艦技術項目。中國作為石（shí）墨資源大（dà）國和製造（zào）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（miàn）具有巨大的市場（chǎng）空間，由此（cǐ）成為全球石墨（mò）烯（xī）行業共同關（guān）注的焦點。

　　據了解，中歐雙方目（mù）前對石墨烯都給（gěi）予了高度（dù）重（chóng）視（shì），同時也（yě）都取得了較大進（jìn）展。雙方在石墨烯領域的研究（jiū）有競爭，但更多的是互補（bǔ）。歐盟石墨烯旗艦計劃（huá）共列（liè）了13個大方向，雖然基本（běn）涵蓋了石（shí）墨烯的所有領域，但（dàn）布局（jú）更側重於基礎和前沿領域，包括石墨烯在高頻電子（zǐ）、傳感器、柔性顯示等領域（yù）的應用。而對於石墨烯在（zài）儲能電池、觸摸顯示、散熱、複合材料等領域的產業化研究，相對來說目前中國的商業化基礎更好，更有優勢。因此加強（qiáng）兩方的合作與溝通，能夠取長補短，並實現資源的更有（yǒu）效配置，加速石墨烯產業的快速健康（kāng）發展。

　　為此，國內石墨烯行（háng）業將與歐洲石墨烯旗艦計劃組、Phantoms基金會等（děng）共同發（fā）起（qǐ）成立國際石墨烯創新聯盟，聯盟將通過建立公（gōng）益性、非政府的全球（qiú）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（jià）設技術與資本的橋梁等國（guó）際產業環境建設等方麵發揮（huī）重（chóng）要的推動作用（yòng）。據悉（xī），聯盟總部有望設在中國。

　　中國高新區協會理事長張（zhāng）景安表示，中（zhōng）國在石墨（mò）烯領域研發起步較晚，但發展較快，有潛在優勢和後發優（yōu）勢。特別是石墨烯許多應（yīng）用領域的市場空間在中國、在全球石墨烯研發及產業化布局中有很強的互補性。因此，在推動石墨烯產（chǎn）業發展的同時，加（jiā）強國際間（jiān）的（de）合作尤為重要。

　　加（jiā）速方向：　　　從應用（yòng）領域突破瓶頸

　　石墨烯產業（yè）化目前風風火火，但仍然（rán）煉不出橫亙其前的最重要的一塊金子（zǐ）——應用研究（jiū）的根本突破。

　　石墨烯應用領域（yù）十分廣泛，未來將在（zài）散熱材料、鋰電材料、儲能材料等（děng）領域獲得應用。但專家指出，目前最有價值的應用應該還（hái）是在（zài）半導體領域如晶體管、高頻元件、傳感器等（děng）。一旦（dàn）晶圓級（jí）尺寸石墨烯單（dān）晶薄膜的規模化（huà）製備技術取得（dé）突破，石墨烯將有望取代矽成為（wéi）新一代半導體器件的核心材料，將為電子信息技術帶來革命性的變化。但是這對全（quán）世界都是一個巨大的難題，可（kě）能需要十幾年甚至數十年（nián）的（de）努力，而（ér）且這一領域本身的（de）資金、技（jì）術門檻都很高（gāo）。

　　至於石（shí）墨烯最早能（néng）實現產業（yè）化應用的領域，專家認為可能還是石墨烯粉體以高端添加劑的形式應用於鋰（lǐ）離子電池、塗料、油墨、塑料等領域。例如，將石墨（mò）烯應用於鋰離子電池可以解決傳統鋰電池能量密度和功率密度難以兼得的問題，因此（cǐ）石墨烯在鋰離子電池（chí）中應用是一個非常（cháng）有前途（tú）的方向。石墨烯可以在多個方麵應用於鋰（lǐ）電池中，比如石墨烯複（fù）合負極（jí）材料，如矽碳複合負極材料；也可以作為鋰電池正負極材料的導電添加劑，還可以塗覆（fù）於鋁箔集（jí）流體上（shàng），形成石墨烯功能塗層鋁箔石。

　　然而，上述這（zhè）些目（mù）前都處在“進行時”甚至“將來時”。近年來，石墨烯粉體在規模化製備技術（shù）上取得了巨大進步，目前成本已經從最初的幾（jǐ）千元1克降到大批（pī）量生產時的每克幾元（yuán）甚至低於1元。盡管（guǎn）尚（shàng）未（wèi）經過產品（pǐn）均一性、穩定性（xìng）等的考驗，但為其在下遊（yóu）的應用提供了極大（dà）可能。

　　相比之（zhī）下，石墨（mò）烯在下遊（yóu）的應用研究就顯得相對滯後。目前（qián）石墨烯產業最（zuì）大的瓶頸仍在於下遊應用，還沒有一個領域可以實現石墨烯的規模化應用。因此，業內人士指出，盡快實現石（shí）墨烯在下遊（yóu）的某一（yī）兩個應用領域的突破（pò）是當前石墨烯產業化的關鍵。

　　“有了大訂單，才可能有發展”。中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員劉兆平接受中國化工報記（jì）者采訪時（shí）曾表示，目（mù）前石墨烯市場（chǎng）比較混（hún）亂，行業麵臨（lín）的問題較多，其中最重要（yào）的是應用技術的研發，這個（gè）問題搞（gǎo）清楚了，就可以有針對性地生產符合（hé）需求（qiú）的石墨烯產品。高飛也向記（jì）者表示：“目前國內石墨烯規（guī）模製（zhì）備技術迅速發（fā）展，成本問題可以通過技術創新、規模效應來解決，但如（rú）何將石墨烯（xī）完美添加到產品裏麵並有效提升產品性（xìng）能，這是最重要的。”他（tā）同時認（rèn）為：“石墨（mò）烯應（yīng）用研究應（yīng）該接地氣（qì），要能實現產業化（huà），還要對現有生（shēng）產線改動盡量小。”高飛還表示，目前生產研發企業和下遊企業缺乏溝通，科（kē）研單位的研發與企業應用缺少有效對接，業內過分偏重基礎科學研究而實用型技術人才太（tài）少，這些都在製約石墨（mò）烯產業的進一步發展。

　　另外，石墨烯粉體或者（zhě）薄膜產品（pǐn）本身的成本、品質、穩定性等仍有較大的改（gǎi）進空（kōng）間。國家半導體照（zhào）明工程研發及產業（yè）聯盟理事（shì）長吳玲曾表示，目前LED行（háng）業正在快速發展，但LED最終能否走進老百姓家裏，還要看它的（de）價格。現在LED上的ITO用的是銦，石（shí）墨（mò）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，會是石墨烯的大客戶。

　　當然，業（yè）內對石墨（mò）烯的未來仍然持（chí）樂觀態度。石墨烯的（de）發現（xiàn）者和諾貝爾獎獲得者Andre Geim教授在今年的一次講座中曾提出，預計三五年內，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（sī）、西班牙（yá）ICN2、德國耐馳公司、英國國家石墨（mò）烯研究所、西（xī）班（bān）牙（yá）Graphenea公司等10餘家國外機構，墨西科技、廈門凱納、上海新池、中科院金屬所等20餘家國內單位展示了其最新（xīn）成（chéng）果（guǒ）和產品。從近期報道的消息來（lái）看，不少研究成果已經開始觸摸到了應用層麵，這些研究成果（guǒ）的應用，讓消費（fèi）者對可彎曲的智（zhì）能手表、可折疊成智能手（shǒu）機的平板電腦、15分鍾便充好電且續航能力（lì）達500千米（mǐ）的電動車蓄電池等石墨烯革命可能帶來的改變，更加充滿（mǎn）期待。石墨烯時代（dài）將不再遙遠。

　　鏈接

　　石墨烯製備技術一覽

　　自2004年（nián）Geim等首次用微機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（fǎ），其中比較主流的方法有外延生長法（fǎ）、化學氣相沉澱（CVD）法（fǎ）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（zhì）得。微機械剝離法（fǎ）是用透明膠帶將高定向熱解石墨（mò）片按壓到其他表麵上進行（háng）多次剝離，最（zuì）終得到單層或（huò）數層的石墨烯。該法操作簡單、製（zhì）作樣本質量高，是當前製取單層（céng）高品質（zhì）石墨烯的（de）主要方法。但（dàn）其可（kě）控性較差，製得的石墨烯尺寸（cùn）較小且存在（zài）很大的不確定（dìng）性，同時效率低（dī），成本高，不適合大規模生產。

　　●外延生長法

　　外延生長法包括碳化矽外延生長法（fǎ）和金屬催化外延生長法。碳化矽外延生長法是在高溫下加熱（rè）SiC單晶體，使Si原子被蒸發而（ér）脫離（lí）表麵，剩下的（de）C原子通（tōng）過自組形式重構得到石墨烯。金屬催化外延生長（zhǎng）法（fǎ）是在超高（gāo）真空（kōng）條件（jiàn）下，將碳氫化（huà）合物通入到具有催化活性的（de）過渡金屬基底表麵，通過加熱使吸附氣體催化脫氫從而製（zhì）得石墨烯。這兩種方法所製備的石墨烯多（duō）為單層，可大麵積製備出均勻的石墨（mò）烯（xī）。

　　●化學氣相沉澱（CVD）法

　　被認為最有希望製備出高質（zhì）量、大麵積的石墨烯的方法，也是產業化生產石墨烯薄膜最具潛力的方法（fǎ）。該法將碳氫化合物通入到高溫加（jiā）熱的金屬基底表麵反（fǎn）應後冷卻，冷卻過程中（zhōng）在基（jī）底表麵會形成數層或（huò）單層石墨（mò）烯。該法與金屬催化外延（yán）生長法類似，其優點是可以在更（gèng）低溫度下進行，降低能（néng）量消耗（hào），並且石墨烯易於分（fèn）離，有利於後續的加（jiā）工處理。

　　●氧化石墨（mò）還原法（fǎ）

　　該法也（yě）被認為是目前製備石墨烯的zj方法（fǎ）之一。該方法操作簡單、製（zhì）備成本低，可以大規模地製（zhì）備出石墨烯，已成為石墨烯製備的有效途徑。其具體操作過程是先用強氧（yǎng）化劑將石墨氧化成氧化（huà）石墨，在石墨層間穿（chuān）插一些含氧官（guān）能團，後經超聲可形成單層（céng）或數層氧化石墨烯，再用強還原（yuán）劑將氧化石墨烯還（hái）原成石墨烯。

　　其他製備（bèi）石墨烯（xī）的方法還有碳納米管切割（gē）法、石墨插層法、離子注入法、高溫高壓（HPHT）生長法、爆炸法以及有機合（hé）成法（fǎ）等。