石墨烯是以六角形呈蜂巢晶格排列的薄膜, 僅一個碳原子厚,是迄今已知最單薄的納米材料。

它恬靜低調,把勝過鋼鐵20倍的“堅強”,“掩藏”在黑黝黝的石墨易脆外表下;柔順得富有可塑性,卷成圓筒狀成為一維碳納米管,團作球狀可得到零維富勒烯;通體透明能被一眼看穿,卻只吸收微弱的光線。

中國是石墨資源大國,也是石墨烯研究和應用開發最活躍的國家之一。

2月4日,為貫徹落實日前發布的《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》,國家發改委公布《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》2016版,將石墨烯等新材料納入其中。

超輕薄型飛機、海水重防腐涂料、柔性折疊手機和遠紅外發熱理療護具……與石墨烯有關的產品漸入百姓視線,令人驚嘆它既可“高大上”又能“接地氣”,幾乎無所不能。

目前,我國石墨烯產業化一枝獨秀,處于世界領先地位,主要是其正在快速推動制造業升級轉型。有專家預測:2020年石墨烯將撬動萬億產業鏈。但同時,專家呼吁要加強石墨烯在戰略高技術產業的布局,如信息、光電和生物等領域。正如中國科學院院士劉忠范所言,“抓住石墨烯發展良機,提升我國高科技產業競爭力。”那么,我們將如何把握“天時地利人和”之契機,才能贏定未來?全國兩會期間,科技日報記者就此采訪了業內資深的專家學者。

天時:時運所致 引領碳時代

2004年,石墨烯在英國“呱呱落地”,兩位英國科學家因在實驗室從石墨中剝離出石墨烯,并證明其特殊性能,在2010年獲得諾貝爾物理學獎。從此,作為碳家族中新材料的一員,石墨烯一夜成名,世界矚目。

時運所致。有學者指出,21世紀將是碳的時代,而石墨烯將可能引領風騷,全方位改變人類社會。因為它猶如大隱于世的功夫高手——靜若處子,動若脫兔。

僅一個碳原子厚,石墨烯是以六角形呈蜂巢晶格排列的薄膜,是迄今已知最單薄的納米材料。它恬靜低調,把勝過鋼鐵20倍的“堅強”,“掩藏”在黑黝黝的石墨易脆外表下;柔順得富有可塑性,卷成圓筒狀成為一維碳納米管,團作球狀可得到零維富勒烯;通體透明能被一眼看穿,卻只吸收微弱的光線。

石墨烯骨子里迸發的“速度與激情”,著實令人驚詫。它對熱的傳導興奮程度高于碳納米管和金剛石;在常溫下,導電性能達到光速的1/300,完勝一般導體等。石墨烯是第一個被證實單獨存在的二維材料,仿佛是打開了新知世界的大門。它憑借與眾不同的“個性”,愈發被期許引爆顛覆社會變革的力量。

然而,石墨烯應用顯現兩面性:安靜下有著強大親合力,用適當的方式和其他材料結合,或如同工業味精在其中添加一點,可增強性能,提升傳統產業的層次;能動中卻難以琢磨駕馭,如高導電性、高導熱性、高透光性,正是目前從事石墨烯材料的研究機構和企業共同面臨的技術瓶頸,激發各國科研人員爭相探索挖掘它無可替代的“殺手锏”級應用,這也是未來二三年內石墨烯產業化能否成功的關鍵所在。

與碳納米管、碳纖維不同,“石墨烯不是一種材料,而是一批材料”,正如“石墨烯之父”、諾獎得主安德烈·海姆在接受科技日報記者專訪時強調。從長期看,石墨烯材料可能同鋼鐵、塑料一樣重要,有可能代替硅成為信息技術的基礎材料,還可能在能源、交通、航空航天、柔性電子和醫療保健等領域大放異彩。

地利:戰略把握 破冰產業化

國家層面的需要,影響和決定一個產業的高度和發展方向。目前,世界很多國家將石墨烯作為高技術發展的戰略制高點,尤其在高端研發方面競爭激烈。

歐盟率先在2013年啟動石墨烯旗艦計劃,斥資10億歐元;英國和韓國分別投入5000萬英鎊、3.5億美元,進行石墨烯商業化計劃。值得一提的是,當前歐美日韓等國家地區的石墨烯相關技術研發都以企業為主體,如IBM、三星公司等,并加強產學研結合的路徑,深耕信息、光電和生物等高新技術研究,在戰略上已形成主動。美國石墨烯產業已形成相對完整的石墨烯產業鏈。

“我國的石墨烯產業一枝獨秀。現在主要對傳統產業升級做得較多,這與企業的創新能力增強和高校產學研結合日漸密切相關,幾乎每個石墨烯企業背后都有大學研發的身影。但在高技術研究方面比較缺失,國家還沒有大力投入,企業更無足夠實力去開展。如不改變,我們也許將會在戰略布局上喪失優勢。”國家新材料產業發展咨詢委員會成員、中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟秘書長李義春對科技日報記者說。

清華大學深圳研究生院院長、碳材料專家康飛宇指出,“國內石墨烯產業尚存在不足:首先是原創研究和應用匱乏,多為集成創新;其次,國內有些所謂石墨烯產品只是與石墨烯‘沾邊’,未挖掘出其核心技術,應用主要是鋰電池導電添加劑、涂料和導熱膜等中低端產品;再有,急功近利者打著石墨烯的旗號‘忽悠’投資圈錢,導致市場魚龍混雜。由此,企業需練好基本功,行業亟待制定標準和規范市場。”

“破冰產業化,關鍵在于石墨烯這一新興材料能給人們帶來什么!”中國石墨烯產業奠基人、深圳清華大學研究院原院長馮冠平提出。他強烈建議:“我國企業不能跟著論文走,要跟著市場走;投資不要跟著股票走,要跟著創新型企業走;地方政府不要跟風走,要多為石墨烯企業的新產品使用創造條件,培育這一新興產業。”

人和:融通中外 拓展朋友圈

俗話說,天時不如地利,地利不如人和。石墨烯產業要形成良性發展環境,更需要的是齊心協力。

迄今,中國業界對外已同美、英、西班牙、澳大利亞等25個國家和地區的企業及研究機構,建立了合作關系,由中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟每年召開的“中國國際石墨烯創新大會”成為全球最大規模的石墨烯產業促進大會,以中國引領的全球石墨烯產業“朋友圈”正在形成。

“中國正引領全球石墨烯商業化進程。對此,世界應該感謝中國。”近些年來,頻繁來華考察石墨烯產業的海姆對記者表示。之所以能有這樣的結果,與最初一批海外留學精英人員回國研發和創業密切相關。而隨著行業的快速發展,急需引進海內外不同領域和背景的高層次復合應用型人才。

有專家擔憂,盡管在石墨烯產業鏈中,我國率先形成上中游鏈條,但是下游還處于起步階段,基本以中小企業綿薄之力為主。而這階段才蘊藏著高附加值,若長期發展乏力,不僅會導致巨大利潤拱手讓人,還將制約上游發展,殆盡初期積累的優勢。

李義春建議,“出于轉型升級的改良需要,我國目前石墨烯產業投資主體以民營企業為主,在高技術產業方向上缺乏統籌布局,而提升國家高技術增長點需長期投入驅動創新,亟待國家在戰略上統籌布局、政策上及時給予扶持,并且在資金上加大投入力度。”