石墨烯：是水还是钻石？

叶梦莹

对于新材料石墨烯而言，学术界与产业界面临权衡取舍。

科学家希望石墨烯像铁器时代的铁、硅时代的硅一样，成为一种划时代的高端材料。他们每每看到石墨烯被用到涂料、锂电池、服装等领域，总是摇头说：“石墨烯没有发挥出它的不可替代性，应用领域应该再高端些！”

产业家则看重它的实用价值，更愿意退而求其次。如果石墨烯能像玻璃、塑料这类高分子材料一样改变人类的生活，也不失为一种选择。但它有可能会像水一样，因为量大、廉价而被人们忽视其价值。

人们对石墨烯的高低端应用，更面临权衡取舍。所以，不难理解为何它总是充满争议。到底什么是石墨烯？为何它的争议这么大？它到底是水还是钻石？

理性回归

很多人认为，石墨烯在芯片、显示器等方面的应用才真正发挥了石墨烯材料本身的作用，再加上能在芯片研发领域执牛耳的机构都是世界上高端电子制造业巨头，这些领域被称为“高端应用”；而把石墨烯加入涂料或纺织品里，技术相对容易，进入门槛低，则称为“低端应用”。

“产业界不会按照科学家的理想来做。究竟谁能找到石墨烯独一无二的应用，仍是未知数。”常州市科技局副局长、江南石墨烯研究院院长张朝晖告诉《经济》记者，真正做产业的人不会计较这些争论。“我们不能神化石墨烯。如果它能对某些产业有技术推动作用，就是为社会、经济作贡献了。”

与当年的互联网、碳纤维等新事物一样，仍在概念期的石墨烯经受着过山车般的考验。在股市中炒作石墨烯概念股，假石墨烯充斥着市场，甚至不良商家虚夸石墨烯产品功能等乱象打破了石墨烯原来美好的形象。

“和去年相比，大家对石墨烯盲目追捧的声音少了，业界更多地讨论制约石墨烯商业化应用的短板。石墨烯产业正在回归理性。”中科院山西煤化所石墨烯与新能源材料课题组组长陈成猛对《经济》记者表示。

理性回归主要体现在制备技术进步、价格降低、部分应用成熟等三方面。陈成猛表示，从剥离的薄厚程度来看，十层以内才叫石墨烯。这是正在制定中《石墨烯材料的术语、定义及代号》的国家标准及业内达成共识的标准。国家标准公布后可起到正本清源的作用。市场上膨胀石墨、炭黑等假石墨烯便无立足之地了。

“治理假石墨烯的办法很简单。把市场上的石墨烯产品买回来，到第三方机构进行检测后，公布结果即可。”张朝晖表示，但是它涉及的问题太多，很难执行。“我们最终要依靠市场秩序来解决，但是要杜绝假石墨烯还很难。”

“在储能、超级电容和导电油墨等领域，需求方对石墨烯的纯度已提出更高的要求。”目前的测量方法能测出石墨烯里残余的金属离子含量、氧含量和灰分等。“有些石墨烯因为纯度不高，添加到锂电池、超级电容、油墨等领域会出现很多问题。”陈成猛表示，下游应用端的反馈信息让越来越多的人意识到石墨烯的纯度是非常重要的指标。“因为它影响石墨烯的品质、性能，甚至是價格。我们认识到哪些技术参数能精确地衡量石墨烯的品质，更有利于行业发展。”

“2010年之前，石墨烯每克价值千元。目前氧化还原法制备的石墨烯降到10元/克。高附加值的领域可以接受这个价格。”陈成猛自信地说。

“10元/克的价格还是太高。我们制备的石墨烯是1元/克。”新三板上市公司第六元素董事长瞿研表示，“价格、品质已不是问题，问题是下游应用尚未大规模放量。”

“我们的年产能是300吨石墨烯粉体，可能只能卖出几十吨，我们会生产一定的库存。”瞿研笑道：“石墨烯的好处是放不坏。一旦产业时机到来，出库存就行了。否则到时再建工厂、搞生产会错过时机。”

“目前已有不同行业的龙头企业参与进来，我觉得这将成为石墨烯行业的转折点。”瞿研表示，比亚迪新能源汽车用石墨烯导电剂来提升锂电池性能，华为手机、笔电也在开发石墨烯散热，杉杉股份旗下的杉杉石墨烯研究院一直在研发石墨烯制备项目等。“我感觉做实事的企业越来越多，这是好现象。”

推动产业转型升级

石墨烯到底是水还是钻石，至今仍无定论。

今年初，应国家新材料产业发展领导小组的要求，国家发改委、工信部、科技部等部门对全国的石墨烯行业进行了一次联合普查。中国国际石墨烯资源产业联盟负责了黑龙江和福建两省的调研工作。中国国际石墨烯资源产业联盟副理事长兼秘书长刘玮认为，通过这次全国调研，石墨烯在中国能做四件事：促进现有产业升级，催生新产业，促进军民融合，促进“一带一路”国际合作。

“石墨烯不过是一种材料，能承载这么多社会功能吗？”国家纳米科学中心纳米标准研究室主任葛广路听后反问道。

目前业界的共识是，石墨烯能帮助现有的产业转型升级。陈成猛指出，中国是制造业大国，高分子行业、锂离子电池、超级电容和装备制造等传统行业的产能很大。但在一些高端领域应用的材料或产品，仍处于进口状态。很多产品因为添加了石墨烯，可能替代原有的进口产品，也激发了企业的活力。

此外，国产的超高分子量聚乙烯纤维每吨售价约10万元，加入千分之几的石墨烯，超纤维的性能可达到甚至超过荷兰帝斯曼优质超纤维的水平。“帝斯曼的纤维每吨约40万元，石墨烯令超纤维增加了30万元的附加值。一旦市场打开，也是一个巨大的商机。”

刘玮指出，中国航发北京航材院研制的石墨烯铝合金在不降低导电率的情况下，其韧性、硬度、强度是铝的三倍，石墨烯铝合金电缆比钢芯电缆更轻，比铝合金电缆导电率更高。这是改进传统电缆的好材料。刘玮认为，未来石墨烯铝合金电缆的市场潜力巨大。

“目前产业界都试图用石墨烯改造其他产业。但由于介入的传统领域不够广泛也不深入，导致产品推广、运营的速度偏慢。”这是令张朝晖最头疼的事。“搞石墨烯的科研人员对其他行业了解较少，很多东西对我们来说是难事，但在其他行业看来却很容易。我们需要把更多不同科研领域的人才凝聚起来，这样才能少走弯路。”

军民融合是趋势

“很多新材料、新技术一般先从军工领域开始，再慢慢转到民用领域。过去碳纤维价格十分昂贵，起初应用在航天航空领域，但是当时谁能想到它能做鱼竿、网球拍和自行车呢？”陈成猛指出，石墨烯的发展轨迹很可能像当年的碳纤维。“先从军工和高精尖等领域入手，逐渐应用推广。目前石墨烯的成本较高，阻碍了它走进千家万户。”

“很多人还不知道，中国军方在石墨烯领域的研究与欧美国家基本同步，很多应用成果超越了西方国家。”刘玮表示，中国军工科研单位早在2007年就制备出了石墨烯，10年来，国家不惜重金投入，研发出了石墨烯复合材料在航空、航天、武器装备上的很多应用技术。其中大部分技术是可在民用领域推广。

“我们在和军工企业联合研发防刺背心，军工市场非常符合石墨烯的定位。”瞿研表示，第一，他们对价格不敏感；第二，对性能要求非常高；第三，他们的用量并不大。

刘玮认为，在中国石墨烯能做的最后一件事是“一带一路”国际合作。“一带一路”倡议并不是将中国不需要的产能转到“一带一路”沿线国家，而是把我国的新技术、新产品结合中国文化通过“一带一路”推广出去，让沿线国家分享中国经济发展红利，共同繁荣。中国在石墨烯领域实现了弯道超车，就应该顺势向海外市场推广，扩大中国企业的国际市场份额，加强中国话语权。

“我们现在是两条腿走路，一边拓展石墨烯粉体应用，一边开发薄膜的应用。石墨烯粉体应用局面已经打开，但石墨烯薄膜的市场面偏窄。”瞿研感到寻找石墨烯薄膜应用出路的紧迫感。然而，这也是石墨烯产业要突围的事。

寻找新动力

去年一家服装厂商无锡格菲电子薄膜科技有限公司采购了一些石墨烯薄膜加热片制作防寒服，之后赞助了2016年的南极马拉松比赛。有趣的是，由于穿上了减重的防寒服，中国选手在比赛中首次取得了第一名。

石墨烯薄膜还可以做成柔性屏幕，但当前整体产业链仍不成熟。“触屏可弯曲，但其他配件不能弯曲，无法达到理想的效果。”瞿研表示，石墨烯粉体在多个方向有所突破，未来大规模应用只是时间问题。“但是石墨烯薄膜的应用范围过于狭窄，目前还没有寻找到有价值的应用方向。”

“石墨烯产业是一种技术推动型产业，而非依靠商业模式推动型的产业。依靠技术推动需要一定的时间周期。不是产业界不努力，也不是无法获得别人的认可。产品的验证周期，有可能是1年，也可能是三五年。”张朝晖指出，尽管今年石墨烯技术成熟度有所提升，但依旧在涂料、加热、散热、锂电池或超级电容领域进行探索，尚未催生新的产业。

“但是，未来石墨烯将催生出很多新的产业。”刘玮指出，石墨烯和纤维的结合能够制作出自发热和有保暖功能的服装。济南圣泉集团研发的生物质石墨烯纤維给服装行业带来了很多革命性的变化；在生物传感器、生物医药领域，石墨烯也不断改变着人们的认知。

“石墨烯应用的触角向外探索，仍需要产业界踏踏实实地干。”张朝晖如是说。

当前我国正在积极参与石墨烯国际标准制定。2017年，葛广路见证了3项石墨烯粉体测量方法成为国际标准提案的全过程。其中一项是陈成猛团队主持的《石墨烯材料表面氧官能团含量的测定化学滴定法》。

“我国参与石墨烯国际标准的方向倾向于石墨烯粉体，而欧美国家主要在石墨烯薄膜领域发力。”葛广路告诉记者，虽然我国石墨烯的专利、论文数量众多。截至2017年3月，我国石墨烯专利技术已超过17600项。但从参与的国际标准来看，未免过于局限。

“不过可喜的是，我国在某些国际标准上逐渐起主导作用了。”据葛广路观察，不少企业的研发人员参与国际标准申报、讨论之后，能力有所提升。“有时起草一个文本能收集上百条意见，这也逼着企业去研究、改进。”

“这三项提案一旦成为国际标准，有助于石墨烯粉体材料的质量控制，让各国采用一致的测试方法，可以节省经济、时间成本。”葛广路告诉记者。

“我们不能成为圈外人。”张朝晖认为，无论是国家标准还是国际标准，相关单位都应该积极参与。“石墨烯存在很多不确定性，如果不参与就毫无机会。”