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关于石墨烯的两个误区——石墨烯并非小众材料

字号+ 编辑:零一 来源:网易 2016-11-27 00:49 我要评论( )

研判大势,随着产业爆点临近,需走出两大认识误区 智库合伙人石墨烯产业联合调研组(执笔本报记者陈岩熊筱伟) 石墨烯被称为新材料之王,具备超


研判大势,随着产业“爆点”临近,需走出两大认识误区

智库合伙人·石墨烯产业联合调研组(执笔 本报记者 陈岩 熊筱伟)


    石墨烯被称为 “新材料之王”,具备超薄、高强度、导热性、导电性、透光性极佳等特性:只有一个碳原子厚度,是自然界最薄材料;其结构稳定,强度比最好的钢材要高出百倍以上,超过钻石;石墨烯导热系数高达5300W/m·K,高于碳纳米管等新材料和金刚石;电阻率比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料;透光性高达97.7%,几近透明。
    有专家说,发现石墨烯,意味着硅被替代成为可能,下一代信息技术革命大幕将随之开启,人类也将因此走进“碳时代”。
    但联合调研组走访时发现,省内不少地方政府官员和企业家对这种新材料的认识还存在种种误区:要么看不清,认为石墨烯只是应用面狭窄的小众新材料,与本企业和本地经济发展关系不大;要么看清了跟不上,认为其还停留在实验室阶段,完全无视其产业化日新月异的进展。
    这两个误区,对一个企业,可能意味着丢失一个商机;对一个地区,可能意味着错过一次赶超的机遇。

误区一 石墨烯与“我”无关

    省内某市经济主管部门负责人告诉联合调研组,当地虽有石墨烯企业,但并不打算特别支持——不过是众多新兴新材料之一,市场前景未定,与本地产业关联度不大。省内某研究院也持同样观点,建议合作企业暂停石墨烯研究转战锂电池。
    但四川大学高分子材料工程国家重点实验室等单位提供的材料显示,石墨烯应用范围之广远超想象,可广泛应用于传统产业,以提升其性能;或催生全新的革命性产品,带来颠覆性的用户体验。
有什么用?

    加入工业材料,显著改善性能;或可替代硅材料,做新一代电子芯片
    因发现石墨烯而获2010年诺贝尔物理学奖的安德烈·海姆向联合调研组表示,将石墨烯添加到塑料、橡胶、金属等材料,或加入润滑油、纤维、电池液、油漆等液态工业品中,可显著改善它们的性能。
    无锡云亭石墨烯技术有限公司总经理侯成介绍,该公司将石墨烯加入泡沫塑料包装盒后,强度提升3倍,已可广泛用于冷链运输;实验室中提升6倍,可替代EPP塑料成为汽车防撞系统部件。
    塑料、金属是主要工业材料,石墨烯用得上,当然不“小众”。

    欧盟“石墨烯旗舰计划”近日发布最新研究成果,石墨烯与神经元连接且还能保持活性细胞的完整性,这是制作用于控制大脑的脑深部移植物的第一步。石墨烯用于高性能传感器,比硅基传感器灵敏度高了45倍,器件尺寸降低为二十五分之一。
    中国科学院成都有机化学研究所相关负责人向联合调研组介绍,石墨烯做成的芯片主频理论可以达到300GHz,计算机处理器的运算速度相比硅芯片可能提高数百倍,功耗也更理想。IBM公司已开发出了第一只石墨烯晶体管。
    未来,石墨烯将扮演怎样的产业角色?中国科学院院士刘忠范认为有三种可能:类似碳纤维,在航空航天等某个特定领域必不可少;类似塑料的应用,广泛运用于各种产品;替代硅材料,发展出新一代电子芯片,由此从“硅时代”进入“碳时代”。
怎么用?

    利用石墨烯优化传统制造;发展新一代石墨烯技术及产品
    联合调研组认为,在四川制造业推进供给侧结构性改革中,石墨烯应用具有特殊价值。
    我省七大优势产业中有5个,即电子信息、装备制造、能源开发、油气化工、钒钛钢铁产业,可借助石墨烯转型升级。石墨烯制备本身也属于油气化工。七大战略性新兴产业都与石墨烯有关联,存在借由石墨烯产生新一代技术及产品的可能。比如新能源产业,经石墨烯改性后的锂电池和石墨烯制超级电容器已有较成熟的产品出现。五大高端成长型产业中,节能环保装备、航空与燃机、新能源汽车与石墨烯的应用有直接关联,比如节能环保装备产业,江苏今年9月启动了石墨烯光催化项目,首款产品为专业治理水质的石墨烯光催化网。
    石墨烯加入塑料、橡胶、金属、涂料等,过剩、低效产能有望变为优质产能、有效供给。

    工信部《〈中国制造2025〉重点领域技术路线图》有量化估计:10年内国内石墨烯产业预计达到千亿级。国际知名石墨烯会议Graphene Live曾发布预测,到2018年全球石墨烯产业规模约329亿美元。相关全产业链市场规模有望达到万亿美元级。
    德阳市发展和改革委相关负责人告诉联合调研组,德阳对石墨烯推动传统装备制造提档升级的作用寄予厚望,期待能助力新能源汽车、高端装备(通用航空与燃机)、新材料等产业的迅速崛起。目前正在加紧推进的工作,就是进一步找准石墨烯和德阳境内大型工业企业的结合点,研究提质增效的具体路径。
    省经济发展研究院院长王小刚认为,利用石墨烯优化传统制造的过程,也就是促进石墨烯产业大发展的过程;石墨烯产业大发展,反过来又为传统制造提档升级创造条件。



误区二  石墨烯产业离爆发还很远
    中科院成都有机所相关负责人告诉联合调研组,与他们接洽石墨烯合作的企业中,仅10%为川企,其余多数来自沿海省份。四川大学高分子材料工程国家重点实验室副主任夏和生认为,对石墨烯产业化进度的误判,会影响企业对重大市场机遇的把握,错失机遇。
“爆点”临近

能不能抓住窗口期

    王小刚介绍,在产业萌芽期,产品单一,企业数量极少,成本高,收益少;到产业成长期,大批企业加入,配套和协作开始出现,骨干企业开始涌现。
    石墨烯当前处于产业化的哪一阶段?

    当前准市场化的石墨烯产品成批出现。无锡碳世纪生产的石墨烯润滑油,可节油6%-8%,今年投入市场,收入已逾百万元;常州碳星生产的石墨烯分离膜,应用于环保,7月份量产,预计今年效益700万-800万元。国内有约百家企业已经过2-3年的孵化,目前产品具备或部分具备投放市场的条件。刚刚结束的中国国际石墨烯创新大会上,就有超过70家企业展示了他们的产品。
    欧盟23国主导的、投资逾10亿欧元的石墨烯旗舰项目,第一阶段从2013年10月至2016年3月,任务为科研;第二阶段从2016年4月份开始,任务是推广石墨烯的应用,每年的资助经费相当于第一阶段的总和。

    综合种种现象,联合调研组认为,石墨烯产业已步入成长期,但尚未形成清晰的产业格局。“爆点”还有多远?加拿大工程院院士、皇家科学院院士、纳米和能源技术首席科学家孙学良,中国科学院成都有机化学有限公司魏志凯等专家认为2-3年或更长;安德烈·海姆、江南石墨烯研究院副院长贾宝平、常州墨之萃科技有限公司产业中心总经理陆光俊等则认为,大略需要1-2年,甚至更短。“爆点”来临前是窗口期,如果抓不住,随着资本纷纷涌入,“后来者”将成“落后者”。一位不愿透露姓名的专家表示,碳纤维产业可为前车之鉴。上世纪七八十年代我国错过其窗口期,至今产业水平落后国外30-40年,每年需花高价大量进口。
格局已现

能否抢占“西部中心”位置
    从联合调研组收集的信息来看,多个省市在大力发展石墨烯产业。
    江苏:2011年10月,常州成立了江南石墨烯研究院;2013年,无锡出台2013—2020年石墨烯产业发展规划纲要,并成立无锡石墨烯产业发展示范区;同年,国内首条石墨烯薄膜生产线在常州投产。5年时间常州聚集了69家企业,无锡聚集了40余家企业。
    山东:2014年青岛高新区成立青岛国际石墨烯创新中心,5年时间聚集企业近30家。
    广东:2014年3月广东鸿纳吨级石墨烯生产线在东莞投产;深圳石墨烯专利申请量与美国、以色列相近,5年时间聚集企业超过30家。
    北方以青岛为主,东部以江苏的常州、无锡为主,南部以广东省的深圳、东莞为主的石墨烯产业格局已形成。中西部地区尚未出现优势明显的石墨烯产业基地。

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