石墨烯产业的机遇和挑战

刘忠范

我今天讲的是石墨烯产业，严格说谈不上是产业，应该说还是萌芽中的新兴产业。石墨烯是一种纯碳材料，只有一个碳原子层，因其最薄、最轻、最强、最坚硬的特点，所以号称新材料之王。同时，它的柔性、透明度、稳定性以及拉伸性都特别好。可以想象一下，集这么多优点于一身，称它是新材料之王是可以理解的，也因此被普遍认为作为战略性新兴产业，它会主导未来竞争。另外，它在诸多领域像电子信息、航空航天、国防、节能环保、生物医药会有非常广阔的应用前景。

不过，未来的石墨烯产业还很漫长，我认为是充满荆棘的一条路。石墨烯研发的门槛其实很高，我的团队多年来一直做石墨烯的研究，发现越做越难，所以绝非大量钢铁式的运动所能做的事情。那么，现在石墨烯产业究竟处于什么阶段呢？很多人有这样的误解，认为这个产业已经进入大规模应用的前期阶段，而实际上是属于期望的顶峰阶段。尤其石墨烯产业是实体产业，不是互联网，不是虚拟产业，需要扎扎实实去做，从技术上去推进才有可能在未来产业的大蛋糕上分一杯羹。

石墨烯是用单晶碎片堆积起来的多径薄膜或粉体。在通常情况下，石墨烯工艺化的制备过程其实并不理想。虽然粉体石墨烯和薄膜石墨烯都是石墨烯，但是制作方法却完全不一样，用途也不一样。此外，石墨烯和石墨差别就在于把石墨一层一层剥下来就是石墨烯，经过各项处理就可以一层一层剥下来，两层之间非常细，现在做出来的产品层数不好控制。相对而言，这类办法质量比较差，不是纯钛，里面也有氧、氢等其他的东西。另外，一公斤的石墨烯需要50公斤的浓硫酸，大量制备的时候可能会产生大量污染，这时候也需要大家提升环境保护的意识。

目前，制备的石墨烯材料与理想还差得很远，还有非常大的提升空间，因此我最近经常讲的是今天的石墨烯材料并不等同于未来的石墨烯材料，你能期待的用途也是截然不同的，当年的碳纤维能做什么事，现在的碳纤维能做什么事，当年是想不到的，所以从这个意义上讲我们一定要明白，现在做的石墨烯，现在的用途未必甚至很有可能不会成为未来产业的核心。而对于我们来说，需要把它做到极致，才能形成产业，制备决定未来，关键是能不能做出真正好的石墨烯材料。

石墨烯的研究方向和趋势

下面举几个例子，也是代表着现在石墨烯研究研发方向。首先是标号石墨烯，这也是我们在做的事情，就像T300，石墨烯产业的基石毕竟会走这样的路，也就是现在这个档次还很低，必须得认真往前提高档次，最后才能越来越接近理想的状态，最终才有可能变成未来的石墨烯产业。

其次是我们的第二代设备，所谓产能是每年2000平方米，质量还是相当不错的。如今，当讨论石墨烯材料或者石墨烯产业的时候，大家经常有一个误区，就是认为有石墨矿资源就能发展石墨烯，把石墨矿跟石墨烯的概念混淆。虽然石墨矿可以发展成石墨烯，但是这条路未必划算，也未必合理。所以在这里我觉得有石墨矿资源，也要慎重，不要简单地把石墨矿和石墨烯混为一谈。

那么，有没有其他可能的路径甚至是更好的路径去发展石墨烯？像我们的团队也在研究粉体石墨烯，通过硅藻土可以找到一种导电性比现有的石墨烯粉体至少高十倍的物质，分散性也特别高。尽管导电性和分散能力的确是粉体石墨烯非常重要的指标，但是还是会有其他的技术选项来做粉体石墨烯。

关于未来的石墨烯产业，我相信将是建立在石墨烯材料的杀手锏级的应用基础之上，而不是作为万金油式的添加剂。举例来讲，现在市场上的一些产品，包括护腰、涂料、复合材料、吸附、润滑产品以及石墨烯锂电池、智能手环、石墨烯手机触摸屏等等，这些方面应该说代表着我们国家现在研发石墨烯的主体产品，应该说在国际上处于第一方队。但是跟国外相比，我们关注的点却有点不太一样，我把最新的世界移动通信大会上的石墨烯展品给大家看一下，有石墨烯体验区，很能代表国际上在关注的方向。国际上关注的是石墨烯超级汽车，还有物联网传感器、可穿戴设备与健康管理、数据通信、能源技术、复合材料等等。

你会注意到国际上关注的东西至少宣传的东西跟我们有点差别，他们关注的是未来。我要说的是，未来的石墨烯产业肯定会是一块大蛋糕，不过我们能切到多少，取决于现在关心什么、关注什么。我觉得我们的确不能仅仅关注今天的产品，要关注引领未来的核心技术，这点非常重要。

下面，我举几个我的团队在关注的事情，一个是超级石墨烯玻璃，这是我们独有的技术，石墨烯作为一层来说自己不能单独拿出来的，我们第一次实现了把它放到玻璃上，大家知道玻璃到处都在用，我们的策略就是让玻璃搭在石墨烯上，让它通过这个来走进市场，走进千家万户。石墨烯玻璃跟玻璃的结合是完全互补的，两个都是透明的，所以说保持玻璃的本性，但是一个是电的良导体，一个是电的绝缘体；一个是水的电热体，一个是水的绝缘体。大家一定要明白，不是把石墨烯粉涂到上面去，我们是用高温做出来的东西。这个产品实际上有很广阔的应用前景，比如说做电致变色窗、职能电车、玻璃暖气片、高效细胞培养皿等。

另外一个领域是超级石墨烯光纤，为什么把光纤和石墨烯结合起来，光纤就是石英，最早在石英成功长出石墨烯，所以把石墨烯和光纤结合起来，各种类型的光纤都可以展示非常漂亮的石墨烯。那么结合了之后可以做什么，做电光调制器，光纤探测器，还有第三代半导体照明。我们现在还在尝试用普通玻璃做同样的事情，那个可能真是做到又便宜，性能又好，所以我們也期待作为下一代半导体照明技术的一个基础。

对石墨烯产业的认识和建议

那么我来简单地梳理一下我个人的看法，关于中国石墨烯材料产业的现状，一件事不可否认，的确是拥有最庞大的技术研究队伍和研发队伍，但是这些初创型小微企业居多，处于小作坊式各自为政的状态，有实力的大企业实质性参与很少。急功近利倾向严重，缺乏对未来石墨烯产业核心技术的关注，专利数量多，但创新能力不足，缺少真正的核心知识产权。我跟研发队伍、研发单位接触比较多，其实真正涉及到某一方面的时候，核心专利被人家布局完了，我们只能绕过那个专利，所以80%的专利有多少是核心专利，有多少能派上用场，真是不好讲，需要我们重视。

另外，资本市场的炒作鱼目混珠，这也是现实，产业园区盲目建设，简单重复现象严重。检测标准应该说正在做，尚未建立，市场产品鱼龙混杂，经费投入分散且严重不足。

我认为，政府在当中要明确决策定位，着重布局未来石墨烯产业核心技术，将中低端产品放手交给市场和企业。政府对现状来说，应该可以鼓励大家，但是要抓住大家现在做不懂的东西，做未来的布局，如果市场和企业都能做的事情，其实政府只需要布局环境就可以了。

另外还应该建设数个面向未来石墨烯产业的高端研发机构，集中投入稳定支持，体现国家意志。作为战略性新型材料说明它非常重要，不可能在几年之内搞定，这时候对企业来说，当然要考虑利益，不过国家的意志应该体现在对未来的布局，而不是混同角色跟市场一起去做。

与此同时，在《中国制造2025》战略的推动之下，需要培育工匠精神，我认为石墨烯应该是非常好的抓手。如何去把石墨烯做大做强，应该重点布局石墨烯材料生产装备，带动新材料产业装备制造业的发展。那么以石墨烯新材料研发为抓手，要鼓励体制机制创新，建立一个高效的产学研体系，所有这些都是需要国家鼓励去做的事情。