石墨烯机遇

吴佳

从没有哪个新材料有过石墨烯这样的风头，它出现在任何行业都会被视为潜在颠覆者。石墨烯是由单层碳原子组成的平面薄膜，因为只有一爪原子厚，被视为二维材料。它是目前自然界最薄、强度最高的材料。从预测的角度来看，石墨烯极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

近日由青岛市高新区承办召开的2015中国国际石墨烯创新大会，让外行懂得石墨烯的广阔用途，让内行得到了石墨烯的前沿技术，为青岛市新材料产业的创新升级燃起新“烯”望。

“这个时代将来最大的颠覆”

2004年的一天，英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆教授和他的学生康斯坦丁·诺沃肖洛夫偶然发现了一种探索石墨组成的新方式。

他们强行将石墨分离成较小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，再用一种特殊的塑料胶带粘在石墨薄片'撕拉下来后，石墨薄片一分为二。如此反复，石墨薄片越来越薄，最终制得石墨烯。这个只有一个碳原子厚的二维晶体的问世，很快便引起了全世界的研究热潮。

它是世上最硬的材料，比钢铁坚硬200倍，却又能自由弯折，伸拉幅度可以达到自身尺寸的20%；

它是世上最薄的材料，诺贝尔奖委员会画图说明，如果用石墨烯材料制作成1平方米的吊床，重量为0.77毫克，却能承受4公斤的重物；

它是世上最佳的导热/电材料，电流密度是铜的100万倍，导热率是铜的10倍。

它可替代传统锂电池，解决电动汽车发展的关键难题；可以替代硅，制造未来新一代超级计算机；应用于触摸屏、柔性显示、太阳能电池；还可应用于海水淡化、可降解塑料、散热膜、防腐涂层、生物材料、复合材料、平板电脑、手表日历、移动电话、光电探测器、石墨烯纸、石墨烯布以及航天军工。透明手机、超轻防弹衣、超薄超轻飞机，甚至有想象力的天空电梯……

它就像味精一样，在现有事物中加一点，便有可能化腐朽为神奇，达到点石成金的效果。鉴于石墨烯对未来产业的颠覆性功能，2010年的诺贝尔物理奖颁给了安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。

华为总裁任正非在去年接受媒体采访时说，“我认为这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代颠覆硅时代，但是颠覆需要有继承性发展，在硅时代的成功佼佼者最有希望成为石墨烯时代中的佼佼者。因为现在芯片有极限宽度，硅的极限是7纳米，已经临近边界了，石墨已经是技术革命前沿了。”

“如爱丽丝仙境一般神奇”

10月29日，石墨烯发现者之一，安德烈·海姆教授应邀来到青岛，参加2015中国国际石墨烯创新大会。海姆教授在会上讲述了石墨烯的重要意义。

“五六年之前，我们看到的地球是三维的，我们可以从高度、长度、宽度来衡量它。而在我们周围，所有的材料其实都是三维的，随着石墨烯的出现，人们开始重点关注二维材料的性能。我觉得石墨烯对于很多人来说就像是爱丽丝仙境一样，非常神奇。”

谁都不愿意错失一个新兴产业蓬勃发展的良机。

2013年，欧盟宣布将石墨烯列入“未来新兴旗舰技术项目”，将在今后10年研发资助10亿欧元，期望通过石墨烯旗舰计划的实施带动欧洲制造业的回归，解决就业，将石墨烯发展提升至战略高度。

英国投入1.21亿英镑在曼彻斯特大学建立国家石墨烯研究院，利用诺奖得主的影响力，积极打造全球石墨烯创新中心。美国、韩国、新加坡、日本等国家均先后启动专项资金支持石墨烯研发及产业化。

鉴于石墨烯巨大的应用前景，全球很多企业巨头都对石墨烯“垂涎三尺”。例如韩国的三星电子、芬兰的诺基亚、日本的索尼、挪威的CrayoNano、美国的IBM和AMD、加拿大的Lomiko金属、美国的量子材料公司、土耳其的格拉芬化学工业公司。

一些过去想象不到的神奇科技已经出现。

西班牙Graphenano公司（一家以工业规模生产石墨烯的公司）同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池。用此电池提供电力的电动车，充电时间不到8分钟，最多可以行驶1000公里。

美国的科学家以石墨烯为基础材料，研发出一种新型的超级电容器，用它为一部苹果手机充满电，仅仅需要5秒钟。

加州大学伯克利分校劳伦斯国家实验室组成的研究团队，使用纳米材料石墨烯最新研制出了一款调制器，该光学调节器，只有头发丝四百分之一细，却具备高速信号传输能力，有望将互联网速度提高一万倍。一部10G左右的高清电影，一秒钟，下载完毕。

中国科学院青岛生物能源与过程研究所建设的青岛储能产业技术研究院采用石墨烯基复合电极材料，开发出容量可控的锂离子电容器器件。一辆原需充电10个小时的电动自行车，仅需3-5分钟即可充满。

世界的石墨在中国，中国的石墨看青岛

数据显示，我国是石墨储量最大的国家，石墨储量占全世界已探明储量的71%，同时是石墨烯研究和应用开发最活跃的国家之一，国内石墨烯产业大有可为。

2014年，工信部等三部委发文《关键材料替代工程方案》，明确将石墨烯列入三大关键性开发材料。截至目前，我国已形成由1000多支团队，两万多研究人员组成的庞大石墨烯研究队伍，主要集中在高校和科研院所。中国石墨烯企业已经超过100家，并在常州、无锡、青岛、深圳等地形成产业集群，石墨烯产品已经在动力电池导电添加剂、防腐涂料、加热产品、触摸屏等领域进入市场。预计今年石墨烯产品销售将超过5亿元，拉动相关产业100亿元。

2014年12月，习近平总书记赴江苏高新技术产业研究院，调研石墨烯研发及参观，对石墨烯产业寄予厚望。2015年10月23日，习近平总书记参观曼彻斯特大学国家石墨烯研究院，并指出中英在石墨烯研究领域完全可以实现“强强联合”。

近日，科技部火炬中心下发文件通知，由青岛高新区组织申报的“国家火炬青岛石墨烯及先进碳材料特色产业基地”正式获批建设，标志着青岛以石墨烯为引领的先进碳材料产业正式进入国家产业布局版图。

青岛高新区依托青岛国际石墨烯科技创新园，建设国内首个国际石墨烯创新中心和北方唯一的国家级石墨烯产业创新示范基地；搭建青岛国际石墨交易中心；设立1亿元的国内首曜烯天使投资基金；同时加强国际交流合作，举办2015中国国际石墨烯创新大会和石墨烯创新创业大赛，主动链接国际创新资源，全力打造中国石墨烯创新发展高地。

截至目前，青岛高新区已吸引“千人计划”专家、“长江学者”和“泰山学者”等多名产业领军人才落户，引进石墨烯项目近30个，培育青岛华高能源、青岛瑞利特新材料两家石墨烯公司在四板挂牌匕市，青岛赛瑞达电子科技等三家公司入选青岛市“千帆计划”入库企业，以石墨烯为引领的先进碳材料特色产业基地雏形已初步显现。

记者了解到，位于青岛高新区的青岛华高墨烯科技股份有限公司主要批量生产以制作防弹材料、军用轮胎、海水淡化的石墨烯材料；而青岛瑞利特新材料科技有限公司主要生产石墨烯防腐涂料、导电油墨以及石墨烯金属界膜剂。

据中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春介绍，海尔也正在尝试将石墨烯材料用于冰箱除霜。将改变目前冰箱除霜运用电阻丝，能耗大、时间长的弊端，将引发除霜领域的—场技术革命。

《2015全球石墨烯产业研究报告》统计，2013年全球石墨烯市场规模约为1250万美元，并预计2020年石墨烯的市场规模将达到1.2亿美元。报告认为，随着全球石墨烯产业的发展，以及各国政府对其重视程度的提高，欧美亚三足鼎立的局面是发展的必然趋势。而中国是最具发展潜力的国家，未来几十年内很有可能成为全球石墨烯行业“领跑者”和主导者。