摘要 石墨烯是世界最薄、最硬的材料,是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体,其潜在用途有保护涂层、透明可弯折电子元件、超大容量电容器,还可以用于动力电池,业...
石墨烯是世界最薄、最硬的材料,是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体,其潜在用途有保护涂层、透明可弯折电子元件、超大容量电容器,还可以用于动力电池,业内认为这正是电动汽车能否取得跨越式发展的关键。正因为它的潜在用途极大,发现石墨烯的英国科学家凭此获得了2010年诺贝尔物理学奖。因为看到了石墨烯作为新材料的优越性,世界各国都投入了大量的人力和财力推进其研发和生产。在我国,石墨烯产业近年来发展迅速,众多石墨烯产业园区以及创新创业平台不断涌现,带动产业规模不断壮大。然而,石墨烯发展存在许多瓶颈。
“国内石墨烯产业发展还比较粗放,雷声大雨点小,许多公司都号称有了引领时代的产品,但实际上目前根本还不能投入市场。”
科技部发展战略研究院产业科技研究所副所长陈志介绍,中国石墨烯发展的瓶颈主要集中在高质量石墨烯实现低成本制备、下游应用领域的开拓、石墨烯产业标准认证以及应用石墨烯材料特性的电子器件研发等。
“未来石墨烯产业发展,亟须加强产业链协同创新,使石墨烯材料研发制备环节与下游应用需求紧密结合。”陈志说。
粗放经营导致大量石墨资源浪费
石墨烯被人们逐渐了解,是从2010年才开始。随后数年,石墨烯制备技术研发不断升温。据统计,华丽家族、德尔未来、东北证券、中国宝安、中泰化学等上市企业已经通过收购、入股等形式进军石墨烯领域。
国家将石墨烯作为战略产业规划给了业内更多的期望。《中国制造2025年》明确提出,我国石墨烯产业到2020年将形成百亿元的产业规模,2025年将达到千亿元的产业规模。目前,江苏、重庆、宁波、青岛、德阳、河北、北京等地已在布局石墨烯产业。
然而,与上游研发热、资本追逐热等形成鲜明对比的是,其下游规模化应用却频频遇冷。
中国国际石墨烯资源产业联盟副秘书长赵猛日前表示:“石墨烯的投资像当年的造船、光伏,显得过热。”赵猛指出,在石墨烯的研究方面,当前我国有石墨烯相关企业、研究机构500多家,但主要作为添加剂使用,对传统产业进行修补,而欧美的研究则主要集中在光电器件、传感器、医药、环保材料等高端领域。
在今年举办的中加石墨烯产业及应用研讨会上,中国非金属矿工业协会石墨专委会副秘书长刘荣华则感叹道:“近期,我们对石墨烯产业链进行了调研。调研发现,我国部分石墨烯企业仍受制于制备工艺不成熟、成本高、不稳定性等因素,从而导致其商业化应用推广进程缓慢。”
业内人士指出,我国有近千家石墨企业,由于各种原因,这些企业滥采乱掘、采富弃贫、粗放经营、管理水平低导致大量石墨资源浪费。科技部有关人士透露:“如果按照目前的开采方式和速度,最多20年,国内已探明的石墨资源将消耗殆尽,届时中国将从国外高价进口石墨,由石墨大国变成石墨贫国。”
同时,石墨烯也面临制备成本高、产能低的瓶颈。在人们的普遍认识中,石墨烯是实验室材料,昂贵的售价阻碍了它的普及。据了解,单层石墨烯1克售价曾达到上千元。宁波墨西科技相关负责人曾表示可以将石墨烯价格从1千元/克降到1元/克,但实际依然是理论数据。
陈志认为:“当一种石墨烯材料具备了好的特性,是否具有较高的导电、导热的特性,是否单片剥离,并且有几层的,都决定了此石墨烯产品是否是高品质的材料,价格也会有不同。目前来看,我国的技术研发并没有带来价格上的突破与优势。”
产业化还需加力
“目前资本市场将石墨烯捧成了‘上帝材料’,上市公司大都是处于亏损状态,石墨烯市场虚火过旺。”工信部赛迪研究院原材料工业研究所所长肖劲松认为。
9月18日,中国国际石墨烯资源产业联盟召开的研讨会上,诺贝尔奖获得者、曼彻斯特大学教授安德烈·海姆指出,“由于制备和应用技术制约,石墨烯目前还不能大规模产业化,但石墨烯产业化前景可期。”据中国石墨烯产业联盟的预计,目前全球石墨烯年产能达到百吨级,未来5~10年将达到千吨级。到2020年,全球石墨烯市场规模将超1000亿元,其中中国占比50%~80%,中国将在全球石墨烯产业中起到主导和核心作用。
“绝大部分成果还是处于实验室阶段,离投入产业还很远。”陈志说,按照硅材料产业的成熟周期为20年推断,石墨烯产业化成熟至少还需要5~10年,接下来如何破局是关键。
破局正迎来曙光。9月6日,中国首个石墨烯量产化基地在厦门投产,预计到2020年产能将达到5000吨,旨在全面改善石墨烯高价位低产能的状况。“未来3年,我们将增加投资1亿元,将研究所建设成为国家级石墨烯科研实验室,进行产业化应用的深入研究,打造全球石墨烯应用科研高地。”该产业基地投资商恒力盛泰执行董事长陈木成说。
2015年底,国家发展改革委、工信部、科技部三部门发布了《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》(以下简称《意见》)。《意见》提出,到2018年,石墨烯材料制备、应用开发、终端应用等关键环节良性互动的产业体系基本建立,产品标准和技术规范基本完善,到2020年,形成完善的石墨烯产业体系,形成若干家具有核心竞争力的石墨烯企业,建成以石墨烯为特色的新型工业化产业示范基地。
对此,陈志建议,从国家层面加大政策扶持力度,形成整个行业的差异化竞争。“避免不同区域省市的低水平重复建设;对地方政府来讲,要引导石墨烯应用与当地产业规划相结合,形成产业链上下游集聚效应,不断拓宽产业应用面,完善产业园区的创新机制和创业服务;石墨烯创新企业要着力突破石墨烯材料的高质量稳定生产,构建示范应用的新领域新通道。”