石墨烯是一種二維的單層碳原子結(jié)構(gòu)材料，它不僅是世界上最強(qiáng)、最堅(jiān)硬、最薄的物質(zhì)，同時(shí)由于它在已知的材料中電阻率最小、導(dǎo)熱系數(shù)最高，因此也是最理想的電極和半導(dǎo)體材料，被認(rèn)為可以引發(fā)現(xiàn)代電子科技和信息技術(shù)的革命。

石墨烯比鉆石還堅(jiān)硬，強(qiáng)度是世界上最好鋼鐵的上百倍，以至于科學(xué)家想用它制備夢寐以求的“太空電梯”超韌纜線。預(yù)計(jì)到2020年，石墨烯全球市值1.49億美元。石墨烯的未來，取決于我們能否提供可供高端的基礎(chǔ)材料。

當(dāng)你推著購物車經(jīng)過結(jié)算柜臺(tái)時(shí)，不需要像現(xiàn)在這樣排隊(duì)掃描二維碼，物聯(lián)網(wǎng)無線系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)你購物車中的物品并計(jì)價(jià)，并從你的購物卡扣除費(fèi)用，所有的一切將瞬間完成，你只要拿到一個(gè)收據(jù)即可。

未來讓你享受如此輕松購物的，正是石墨烯技術(shù)在射頻識(shí)別上的應(yīng)用。那么，石墨烯這種神奇材料究竟能夠給我們的生活帶來怎樣的變革？我國未來能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化呢？帶著相關(guān)問題，記者專訪了一些中外著名科學(xué)家、產(chǎn)業(yè)人士，梳理石墨烯發(fā)展過程中的熱點(diǎn)問題，以理清未來產(chǎn)業(yè)化的突破路徑。

“材料之王”將如何顛覆世界

大多數(shù)人有用鉛筆在紙上寫字的經(jīng)歷，那留下的痕跡是石墨在一層層剝離，當(dāng)剝離到最小極限只有一個(gè)碳原子厚的單層石墨時(shí)，就是石墨烯。令人驚異的是，這種看似平常的物質(zhì)，卻因由英國曼徹斯特大學(xué)兩位科學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫發(fā)現(xiàn)后共獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，從此猶如打開新材料世界的一扇“阿里巴巴”之門。

“它是迄今為止在自然界中發(fā)現(xiàn)的最薄、機(jī)械強(qiáng)度最大的材料，可以被無限拉伸，彎曲到很大角度不斷裂，還可以抵抗很高的壓力。”諾獎(jiǎng)得主海姆教授對(duì)記者說。

石墨烯比鉆石還堅(jiān)硬，強(qiáng)度是世界上最好鋼鐵的上百倍，以至于科學(xué)家想用它制備夢寐以求的“太空電梯”超韌纜線。它穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性、極好的透光性和相對(duì)較高的機(jī)械強(qiáng)度。

如此出眾的石墨烯，令人充滿遐想與期待。濟(jì)寧利特納米技術(shù)有限責(zé)任公司董事長侯士峰博士給記者介紹說：“石墨烯的用途廣泛，未來可在加速物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建方面大顯身手，如將石墨烯導(dǎo)電油墨產(chǎn)品應(yīng)用于柔性電子設(shè)備、射頻識(shí)別標(biāo)簽、柔性顯示設(shè)備和傳感器等。石墨烯還可以做到智能包裝，包裝袋上即時(shí)標(biāo)注食品保質(zhì)狀況，讓人真正體會(huì)到便捷、安全和實(shí)用。另外，它還將推動(dòng)海水淡化等技術(shù)的發(fā)展，并能為新能源汽車提供續(xù)航里程更高的電池等。”

未來石墨烯將有何發(fā)展態(tài)勢

很多人擔(dān)心，石墨烯會(huì)像當(dāng)年納米材料剛出現(xiàn)一樣，還沒什么產(chǎn)品，概念就炒得滿天飛，降低了產(chǎn)業(yè)信譽(yù)度；又恐像光伏產(chǎn)業(yè)一樣，眾多企業(yè)看好蜂擁，直至產(chǎn)量過剩。

而中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授劉忠范博士在接受科技日報(bào)記者專訪時(shí)指出，“石墨烯不是一個(gè)門檻很低的行業(yè)！不是誰都可以進(jìn)入，它在技術(shù)上要求很高”。可以說這是一個(gè)潛力無限但風(fēng)險(xiǎn)極高的行業(yè)。

他說：“當(dāng)前人們說起石墨烯的未來尚處于比較模糊的概念，未來它的發(fā)展態(tài)勢有三種期待，且用三個(gè)參比來描述：第一種期待是硅，離開硅就沒有了芯片，而信息化社會(huì)的主體是芯片；第二種是碳纖維，在某個(gè)領(lǐng)域占領(lǐng)市場，像日本東麗公司對(duì)碳纖維壟斷用于特種；第三種是塑料，已擁有百年發(fā)展歷程，在人們生活中必不可少。所以，對(duì)我們而言，石墨烯發(fā)展的最低標(biāo)準(zhǔn)是碳纖維，中端如塑料，最高標(biāo)準(zhǔn)是硅，但這種可能性有多大目前還不知道。”

10月底，由中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟首次發(fā)布的《2015全球石墨烯產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》顯示，預(yù)計(jì)到2020年，石墨烯全球市場值1.49億美元，2014—2020年年復(fù)合增長率是44%，近期主要應(yīng)用于復(fù)合材料、導(dǎo)電導(dǎo)熱涂層、超級(jí)電容器、鋰離子電池等，未來進(jìn)一步的發(fā)展可能是柔性顯示、太陽能、高性能芯片方面。從技術(shù)環(huán)境來看，石墨烯已經(jīng)過了炒作的最熱時(shí)期，很多公司已經(jīng)將注意力從石墨烯的制備轉(zhuǎn)移到終端應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)爆發(fā)點(diǎn)已經(jīng)形成。

決勝未來的是高端研究

《“十二五”期間中國石墨烯行業(yè)深度市場調(diào)研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》顯示，我國已申請了2200多項(xiàng)石墨烯專利技術(shù)，數(shù)量達(dá)世界石墨烯專利的1/3。是不是可以說，我國的產(chǎn)業(yè)潛力遠(yuǎn)超國外呢？

劉忠范指出，“我國要做是不會(huì)比國外差的，只是歐洲與我們關(guān)注的東西不太一樣，相比之下，他們關(guān)注的是高端，我們關(guān)注的是低端，做的大多是電容器、鋰電池，或把石墨烯作為“工業(yè)味精”往水泥、涂料中摻，以提高他們的性能，但是并沒有把石墨烯的導(dǎo)電導(dǎo)熱特性發(fā)揮出來。由于這樣做比較容易進(jìn)入，所以很多人都在做。然而，真正決勝石墨烯未來的是高端研究！歐洲、美國和日本現(xiàn)在都在做，這也是我們現(xiàn)在存在的問題。所以我們要有自己的基礎(chǔ)研究，不能總聽別人怎么說”。

目前，有關(guān)很多石墨烯材料的研發(fā)成果僅限于實(shí)驗(yàn)室中，而理想與現(xiàn)實(shí)有太大差距。現(xiàn)實(shí)是，至今尚無石墨烯的量產(chǎn)技術(shù)，且其制備成本太高，大大限制了產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，因此攻克石墨烯低成本規(guī)模化制備技術(shù)成為了相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中至關(guān)重要的一步。

劉忠范對(duì)記者說，“石墨烯將來有沒有用，取決于能把石墨烯這種材料做成什么樣，我們能否提供可供高端的基礎(chǔ)材料。打個(gè)比喻，做衣服首先需要高質(zhì)量的布，我們力爭做出最好的布。碳纖維有標(biāo)號(hào)，石墨烯材料將來也會(huì)有標(biāo)號(hào)的，若前者可做10年的話，后者就可做30年。要做的理想狀態(tài)是像日本的碳纖維，在技術(shù)上做到壟斷全球市場”。

劉忠范強(qiáng)調(diào)，碳纖維應(yīng)用范圍沒有石墨烯廣，如果能夠把握石墨烯的關(guān)鍵，相信未來是我們的。所有人都不懷疑石墨烯的應(yīng)用，將來會(huì)發(fā)展得更迅猛，到那時(shí)誰能做出可供高端應(yīng)用的石墨烯材料時(shí)，誰就是老大！

石墨烯的春天來了？

在青島召開的“2015中國國際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)”落帷之際，歐盟石墨烯旗艦計(jì)劃執(zhí)行委員會(huì)主席、英國劍橋大學(xué)石墨烯研究中心創(chuàng)始人兼主任安德里亞·法拉利教授在接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)興沖沖地說，此次來中國發(fā)現(xiàn)石墨烯的發(fā)展非常快，去年來只看到很多企業(yè)生產(chǎn)的石墨烯材料，而今年居然看到了相關(guān)產(chǎn)品，比如烯旺科技研發(fā)制造的石墨烯智能理療護(hù)腰和發(fā)熱衣服等。

《2015全球石墨烯產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》指出，從政策環(huán)境來說，國家經(jīng)濟(jì)處在重要的戰(zhàn)略機(jī)遇時(shí)期，要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，傳統(tǒng)材料就面臨著升級(jí)換代的要求，這也為石墨烯的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了一個(gè)機(jī)遇。我國自2008年開始由科技部和國家自然科學(xué)基金委陸續(xù)對(duì)石墨烯基礎(chǔ)研究進(jìn)行支持。目前，我國石墨烯企業(yè)超過百家，并在常州、無錫、青島、深圳等地形成產(chǎn)業(yè)集群。

中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長李義春對(duì)記者說：“我國雖然在全球應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方面做得比較領(lǐng)先，但作為一個(gè)制造業(yè)大國迫切需要產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，內(nèi)在需求和外部領(lǐng)域都很強(qiáng)烈。目前，中國已經(jīng)逐漸成為全球石墨烯發(fā)展的核心，國外也愿意與中國合作，由此，在推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)化方面，基于寧波達(dá)成建立國際聯(lián)盟大的框架，中國與國外幾個(gè)石墨烯領(lǐng)域的先行國家在2015中國國際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)上達(dá)成了《青島共識(shí)》，深入開展的具體工作是：首先與英國形成強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合；與在歐盟旗艦計(jì)劃中承擔(dān)項(xiàng)目最多的西班牙的一些研究單位和企業(yè)聯(lián)合成立石墨烯研發(fā)平臺(tái)；與意大利建立中意雙邊石墨烯創(chuàng)新合作項(xiàng)目；與德國共同推進(jìn)建立國際石墨烯標(biāo)準(zhǔn)。”

正如有的專家所言“石墨烯的春天來了不為過，而詮釋其產(chǎn)業(yè)化還為時(shí)尚早，但其環(huán)境氛圍的春天來了”，可謂石墨烯從一開始就伴隨著質(zhì)疑、懷疑、打擊、茁壯成長，而它猶如身懷一身本領(lǐng)的“黑金”，終將會(huì)發(fā)光的。