石墨烯是以六角形呈蜂巢晶格排列的薄膜, 仅一个碳原子厚,是迄今已知最单薄的纳米材料。它恬静低调,把胜过钢铁20倍的“坚强”,“掩藏”在黑黝黝的石墨易脆外表下;柔顺得富有可塑性,卷成圆筒状成为一维碳纳米管,团作球状可得到零维富勒烯;通体透明能被一眼看穿,却只吸收微弱的光线。

中国是石墨资源大国,也是石墨烯研究和应用开发最活跃的国家之一。

2月4日,为贯彻落实日前发布的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》,国家发改委公布《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》2016版,将石墨烯等新材料纳入其中。超轻薄型飞机、海水重防腐涂料、柔性折叠手机和远红外发热理疗护具……与石墨烯有关的产品渐入百姓视线,令人惊叹它既可“高大上”又能“接地气”,几乎无所不能。

目前,我国石墨烯产业化一枝独秀,处于世界领先地位,主要是其正在快速推动制造业升级转型。有专家预测:2020年石墨烯将撬动万亿产业链。但同时,专家呼吁要加强石墨烯在战略高技术产业的布局,如信息、光电和生物等领域。正如中国科学院院士刘忠范所言,“抓住石墨烯发展良机,提升我国高科技产业竞争力。”那么,我们将如何把握“天时地利人和”之契机,才能赢定未来?全国两会期间,科技日报记者就此采访了业内资深的专家学者。

天时:时运所致 引领碳时代

2004年,石墨烯在英国“呱呱落地”,两位英国科学家因在实验室从石墨中剥离出石墨烯,并证明其特殊性能,在2010年获得诺贝尔物理学奖。从此,作为碳家族中新材料的一员,石墨烯一夜成名,世界瞩目。

时运所致。有学者指出,21世纪将是碳的时代,而石墨烯将可能引领风骚,全方位改变人类社会。因为它犹如大隐于世的功夫高手——静若处子,动若脱兔。

仅一个碳原子厚,石墨烯是以六角形呈蜂巢晶格排列的薄膜,是迄今已知最单薄的纳米材料。它恬静低调,把胜过钢铁20倍的“坚强”,“掩藏”在黑黝黝的石墨易脆外表下;柔顺得富有可塑性,卷成圆筒状成为一维碳纳米管,团作球状可得到零维富勒烯;通体透明能被一眼看穿,却只吸收微弱的光线。

石墨烯骨子里迸发的“速度与激情”,着实令人惊诧。它对热的传导兴奋程度高于碳纳米管和金刚石;在常温下,导电性能达到光速的1/300,完胜一般导体等。石墨烯是第一个被证实单独存在的二维材料,仿佛是打开了新知世界的大门。它凭借与众不同的“个性”,愈发被期许引爆颠覆社会变革的力量。

然而,石墨烯应用显现两面性:安静下有着强大亲合力,用适当的方式和其他材料结合,或如同工业味精在其中添加一点,可增强性能,提升传统产业的层次;能动中却难以琢磨驾驭,如高导电性、高导热性、高透光性,正是目前从事石墨烯材料的研究机构和企业共同面临的技术瓶颈,激发各国科研人员争相探索挖掘它无可替代的“杀手锏”级应用,这也是未来二三年内石墨烯产业化能否成功的关键所在。

与碳纳米管、碳纤维不同,“石墨烯不是一种材料,而是一批材料”,正如“石墨烯之父”、诺奖得主安德烈·海姆在接受科技日报记者专访时强调。从长期看,石墨烯材料可能同钢铁、塑料一样重要,有可能代替硅成为信息技术的基础材料,还可能在能源、交通、航空航天、柔性电子和医疗保健等领域大放异彩。

地利:战略把握 破冰产业化

国家层面的需要,影响和决定一个产业的高度和发展方向。目前,世界很多国家将石墨烯作为高技术发展的战略制高点,尤其在高端研发方面竞争激烈。

欧盟率先在2013年启动石墨烯旗舰计划,斥资10亿欧元;英国和韩国分别投入5000万英镑、3.5亿美元,进行石墨烯商业化计划。值得一提的是,当前欧美日韩等国家地区的石墨烯相关技术研发都以企业为主体,如IBM、三星公司等,并加强产学研结合的路径,深耕信息、光电和生物等高新技术研究,在战略上已形成主动。美国石墨烯产业已形成相对完整的石墨烯产业链。

“我国的石墨烯产业一枝独秀。现在主要对传统产业升级做得较多,这与企业的创新能力增强和高校产学研结合日渐密切相关,几乎每个石墨烯企业背后都有大学研发的身影。但在高技术研究方面比较缺失,国家还没有大力投入,企业更无足够实力去开展。如不改变,我们也许将会在战略布局上丧失优势。”国家新材料产业发展咨询委员会成员、中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春对科技日报记者说。

清华大学深圳研究生院院长、碳材料专家康飞宇指出,“国内石墨烯产业尚存在不足:首先是原创研究和应用匮乏,多为集成创新;其次,国内有些所谓石墨烯产品只是与石墨烯‘沾边’,未挖掘出其核心技术,应用主要是锂电池导电添加剂、涂料和导热膜等中低端产品;再有,急功近利者打着石墨烯的旗号‘忽悠’投资圈钱,导致市场鱼龙混杂。由此,企业需练好基本功,行业亟待制定标准和规范市场。”

“破冰产业化,关键在于石墨烯这一新兴材料能给人们带来什么!”中国石墨烯产业奠基人、深圳清华大学研究院原院长冯冠平提出。他强烈建议:“我国企业不能跟着论文走,要跟着市场走;投资不要跟着股票走,要跟着创新型企业走;地方政府不要跟风走,要多为石墨烯企业的新产品使用创造条件,培育这一新兴产业。”

人和:融通中外 拓展朋友圈

俗话说,天时不如地利,地利不如人和。石墨烯产业要形成良性发展环境,更需要的是齐心协力。

迄今,中国业界对外已同美、英、西班牙、澳大利亚等25个国家和地区的企业及研究机构,建立了合作关系,由中国石墨烯产业技术创新战略联盟每年召开的“中国国际石墨烯创新大会”成为全球最大规模的石墨烯产业促进大会,以中国引领的全球石墨烯产业“朋友圈”正在形成。

“中国正引领全球石墨烯商业化进程。对此,世界应该感谢中国。”近些年来,频繁来华考察石墨烯产业的海姆对记者表示。之所以能有这样的结果,与最初一批海外留学精英人员回国研发和创业密切相关。而随着行业的快速发展,急需引进海内外不同领域和背景的高层次复合应用型人才。

有专家担忧,尽管在石墨烯产业链中,我国率先形成上中游链条,但是下游还处于起步阶段,基本以中小企业绵薄之力为主。而这阶段才蕴藏着高附加值,若长期发展乏力,不仅会导致巨大利润拱手让人,还将制约上游发展,殆尽初期积累的优势。

李义春建议,“出于转型升级的改良需要,我国目前石墨烯产业投资主体以民营企业为主,在高技术产业方向上缺乏统筹布局,而提升国家高技术增长点需长期投入驱动创新,亟待国家在战略上统筹布局、政策上及时给予扶持,并且在资金上加大投入力度。”