加快實現石墨烯的標準化生產,也是推進「石墨烯+」的一個重要環節。截至目前,由於行業標準缺位,我國石墨烯研發生產泥沙俱下,許多地方竟然把膨脹石墨當做石墨烯,還有部分石墨企業技術落後,采富棄貧,開採回收低,環境破壞大。所以,推進標準化生產迫在眉睫。
此外,石墨烯產業更要細分市場,實現專業化、系列化生產。從大的方面看,石墨烯適用於儲能領域、熱管理領域、塗料領域、電子信息領域,廣泛應用於冶金、石油化工、機械工業、電子產業、核工業,但細分下來,只有實現耐火材料、導電材料、耐磨材料、潤滑劑、耐高溫密封材料、耐腐蝕材料、隔熱材料、吸附材料、摩擦材料和防輻射材料的系列化生產,並完善成套技術,才能實現原材料領域有效供給、與相關產業的升級有效對接。
中國擁有全世界最為龐大的石墨烯研發隊伍,從2011年起發表的學術論文數量就穩居世界第一。中國申請的石墨烯專利數量也高居全球榜首,呈遙遙領先之勢。
目前,中國正在掀起一場轟轟烈烈的石墨烯產業化運動。全國有將近20家石墨烯產業園,這個數字還在增長。無論是發達地區,還是偏遠地區,都在建石墨烯產業園,這讓人想起1958年大躍進時期的「大煉鋼鐵」運動。
其實,對於石墨烯材料來說,理想與現實差距很大。理想的石墨烯具有完美的蜂窩狀結構,而現實的石墨烯就像一件破衣服,由無數個石墨烯微片拼接而成。石墨烯上有很多缺陷,還有很多髒東西。因此,現實製備出來的石墨烯材料性能沒有那麼好,價值也沒有那麼高。套用一句網絡語言,就是「理想很豐滿,現實很骨感」。
我們可以看不懂未來,但是可以回顧歷史,溫故而知新。大家所熟悉的碳纖維研發歷史很有借鑑意義。1961年,大阪工業技術試驗所進藤昭男發明聚丙烯腈基碳纖維製備技術,十年後的1971年日本東麗公司率先實現工業化量產,每月1噸的規模。東麗公司沿著T300、T800、T1000的標號之路不斷提升碳纖維的質量,投入了1400多億日元研發資金,直到2003年贏得波音787合同後,才真正扭虧為盈。實際上,早年的碳纖維只能做釣魚杆,而現在的碳纖維已成為先進航空器的支撐材料。同樣叫碳纖維,但是東西不一樣,強度完全不一樣。相信石墨烯材料也會走同樣的路,需要時間的積澱,需要持續的投入,更需要耐心。
製備決定未來。現在的石墨烯並不等同於未來的石墨烯。
「十三五」石墨烯行業深度分析及發展規劃指導報告表明,石墨烯可以分成兩大類,粉體石墨烯和薄膜石墨烯,製備方法不同,用途也完全不同。從大規模生產的角度講,粉體石墨烯通常從石墨出發製備,通過一系列的物理化學過程把石墨烯從塊體石墨上剝離下來。這種石墨烯一般質量較差,但產量很大,也比較便宜。目前國內產能已達到7000噸規模,實際產量也就百噸規模。
化學氣相沉積方法是規模化製備薄膜石墨烯的通用技術,所得到的石墨烯質量很高,當然也比較貴,目前國內產能已達到年產百萬平米量級。北京大學在高質量石墨烯製備方面做了大量的研究探索,在標號石墨烯薄膜、三維粉體石墨烯、超級石墨烯玻璃以及超級石墨烯光纖等研究領域取得一系列重要突破。
未來的石墨烯產業會是一塊大蛋糕。當然,這塊蛋糕我們能夠切到多少是個未知數。取決於我們現在關注什麼,我們需要關注的是引領未來的核心技術,而不僅僅是今天的產品。當然,從一個實驗室材料和技術走到產業需要很長的路,需要投入、堅持和耐心。
中國擁有最龐大的石墨烯研究隊伍,但是非常分散,基本上是小作坊式的。到處搞石墨烯產業園的做法,大部分是簡單重複,缺少技術含量,急功近利現象非常嚴重。
很多人誤認為石墨烯產業會很快走向大規模快速發展階段,實際上並非如此。根據高德納公司(Gartner)的技術成熟度曲線,實際上石墨烯產業仍處於早期階段,很快就會進入死亡谷,這時候最需要的是堅持、企業遠見和國家意志。碳纖維從小批量生產到現在已有45年,而石墨烯只有12年的歷史,的的確確跑得有點快了。石墨烯產業畢竟是實體產業,絕不會像網際網路那樣一「忽悠」就起來。
當然,我們也看到了希望。北京市剛剛啟動了石墨烯專項,跨度是十年,從「十三五」到「十四五」規劃。我們的布局絕不僅僅是今天的產品,重點是未來的核心技術研發。
北京市的另一個重要舉措是成立北京石墨烯研究院,希望該研究院能夠引領石墨烯產業的未來。這個研究院生產的是技術以及技術派生出來的企業群,還有最終的石墨烯產業,而不是今天的產品。
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