“石墨烯时代”离我们还有多远? 巨头竞争已在实验室打响
来源:中国经济周刊 发布时间:2016年07月26日 16:48 作者:谢玮

  2004年,英国曼彻斯特大学教授安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Kostya Novoselov)成功地从石墨中分离出石墨烯。2010年,两人借着在石墨烯方面的创新研究而获得了诺贝尔物理学奖。之后,世界范围内对石墨烯的研究、应用和投资快速升温。

  作为目前已知的世上最薄、强度最高、导电性最好且拥有强大灵活性的纳米材料,人们对石墨烯在新技术领域的应用充满了想象。有报道称,鉴于石墨烯所蕴含的无限应用潜力,三星、苹果和谷歌公司开始积累各种与石墨烯有关的专利,未来的竞争之战已在实验室打响。

  日前,央视《对话》栏目邀请业内相关人士,揭秘石墨烯的神奇之处,石墨烯对目前的产品有哪些颠覆性的改变?“石墨烯时代”究竟离我们还有多远?

  石墨烯到底是什么?

  中国科学院院士刘忠范:其实石墨烯跟石墨就差个烯字,石墨大家早就知道。早年间的理论模型就是单层石墨,就是石墨烯。早在1947年,理论学家就做了这方面的事情。实验上,五几年、六几年、七几年都有人看到过类似的东西。为什么到2004年才真正关注石墨烯这种材料?我觉得这是需要勇气的。因为从理论上讲,早在70多年前,理论学家就预言真正严格意义上的二维材料是不应该存在的,它是不稳定的。石墨烯当然是一种二维材料。所以一般没有人逾越这个障碍,觉得这是不成立的。当然有人不信邪,不信邪的人拿了诺贝尔奖。

  深圳市石墨烯协会会长冯冠平:石墨烯本身并不是会带来污染的物质。但是,也要注意到石墨烯粉体的制备功能,不同的制备方法是会产生污染的。像氧化还原的方法制备的石墨烯粉体材料,它本身用到强酸、强碱。强酸、强碱又是其他工业的原料。所以要把产业链设计好,不要把强酸、强碱变成污染物到处排放。

  江南石墨烯研究院副院长瞿研:石墨烯是一种二维材料,确实拥有很多优异的性能,但都是微观尺度的。问题在于如何在三维世界中,将二维的材料组合成三维的材料。目前为止,石墨烯在很多领域的应用只是添加剂,无法作为主材。目前纯用石墨烯做汽车恐怕非常困难。

  石墨烯和未来产业之间的关联度到底有多高?

  刘忠范:石墨烯的导热性特别好。金刚石的导热性以前是最好的,其导热率不到2000,石墨的导热率是1000多一点,而单层石墨烯的热导率是5300。石墨烯做发热材料、散热材料,如散热片、散热薄膜会有很好的用途。此外,石墨烯轻质高强,强度特别高,可以用做防弹材料、警用产品。关键在于能否将价格降下来。

  石墨烯的导电性受环境影响较大,适宜做传感材料。一般的传感器利用导电原理,迅速反映电流、信号的变化。石墨烯做传感材料,能够反映石墨烯各方面的特性,导热性、导电性、表面积、力学、机械强度等等,相当不错。

  石墨烯可以做保暖内衣,做散热片、加热器等产品,但若仅仅基于这样的用途,就不值得全世界去关注。所谓的战略新兴材料,代表了多种可能性。我建议投资方放眼长远,要布局现在,更要布局未来。

  瞿研:埃隆·马斯克(Elon Musk)所做的新能源汽车、石墨烯电池以及美国太空探索技术公司(SpaceX),其实都是系统工程。新能源汽车充电跑1000公里,不是解决在负极做导电机的问题,也不是一个做锂电池,让车身更轻,也可以跑得更远的问题。这正是马斯克非常擅长的地方,做一个系统工程,从方方面面最后做出一个完美的产品。其实苹果手机也是如此,仔细拿出来每一个技术似乎都不是颠覆性的。但把这些优秀技术,每一个都往前推进一点,然后做一个系统工程,最终做出一个革命性的产品。

  推动颠覆性技术创新是当务之急

  刘忠范:石墨烯也是纳米。十几年前纳米技术兴起的时候,各个层级大家都在讨论说“微电子我们已经落伍了,我们赶不上了。那么纳电子,纳米时代我们应该抓住”。

  我们很难准确预知未来,但是我们知道过去。今年两会期间,李克强总理在政府工作报告中提出工匠精神。工匠精神的真正含义是看准某一个东西一直投入下去,有足够的耐心和耐力把某件事情做到人所不能。在这一点上,如果我们不改变做法,也许几十年之后石墨烯是一个大蛋糕,但是未必有你的事。从政府层面,到企业层面,再到个体的研究小组,要改变我们的思维方式和做法,才能如愿实现新技术的落地,形成推动经济发展的新动能。

  中国石墨烯产业技术创新联盟秘书长李义春:在描述有关石墨烯技术在未来的颠覆性方面,任正非和埃隆·马斯克站在一条起跑线上。但是,任正非只是说了而已,马斯克是做了。马斯克不是靠自己研发,而是基于全球的整合能力。

  在我看来,对有关石墨烯技术的研发是中国未来高技术产业竞争的战略制高点。上世纪50年代、60年代中国的半导体产业和日本(水平)是差不多的,之后距离就越来越远。如今,我们在信息产业方面相对落后,但又面临新的机遇,即在新一轮的高技术竞争中能否在石墨烯产业掌握颠覆性技术,带动科技创新。

  瞿研:国内一个很大的问题就是公司规模普遍偏小,这导致国内在研发石墨烯的过程中,缺乏很多前沿的、革命性的研究,或者说杀手锏式的应用研究。非常高兴华为已经进入了半导体领域。碳、硅、锗、铅都是同族的,最早的半导体材料不是用硅,再往上就是碳。目前来看,石墨烯是最有可能在碳这个领域里做半导体材料的,当然,产业化的路还很远,需要大量投入。