被譽(yù)為“萬(wàn)能材料”的石墨烯，在電子、航天軍工、新能源、新材料等領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用空間，近年頗受學(xué)界、政府、資本的重視與追捧。
2004年，石墨烯首次從石墨中分離得到。十年來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于石墨烯研究的支持力度不斷增強(qiáng)。據(jù)科技部消息，近期，英國(guó)將投資6000萬(wàn)英鎊成立石墨烯工程創(chuàng)新中心(GEIC)。而在此之前，英國(guó)已投資6100萬(wàn)英鎊創(chuàng)建國(guó)家石墨烯研究院。
中國(guó)對(duì)石墨烯技術(shù)的投入也不菲。2007-2012年，中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)對(duì)石墨烯項(xiàng)目累計(jì)資助經(jīng)費(fèi)達(dá)到3.30億元，科技部和中國(guó)科學(xué)院對(duì)石墨烯的累計(jì)資助經(jīng)費(fèi)分別達(dá)到了5915 萬(wàn)元和4605萬(wàn)元。
地方政府對(duì)石墨烯產(chǎn)業(yè)的興趣也日漸升溫，寧波、常州、無(wú)錫、青島、重慶等地紛紛設(shè)立石墨烯產(chǎn)業(yè)園區(qū)。寧波市政府設(shè)立3年共9000萬(wàn)元財(cái)政資金，支持石墨烯產(chǎn)業(yè)初期發(fā)展。
石墨烯問(wèn)世已十年，梳理當(dāng)前國(guó)內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)前景及產(chǎn)業(yè)化過(guò)程存在的問(wèn)題，行業(yè)宏觀研究院認(rèn)為，其產(chǎn)業(yè)化之路仍停留在導(dǎo)入階段，未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，主要難點(diǎn)在于制備技術(shù)局限、應(yīng)用領(lǐng)域需求未開(kāi)。
前景：顛覆硅時(shí)代？
石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，是世界上已知最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，加上出眾的韌性、導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性，石墨烯在復(fù)合材料、觸摸屏、電子器件、儲(chǔ)能電池、顯示器、傳感器、半導(dǎo)體、航天、軍工、生物醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展空間。就現(xiàn)狀來(lái)看，最有望在觸摸屏、柔性電子器件等領(lǐng)域取得突破。
由于石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，一旦實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，下游應(yīng)用領(lǐng)域已有的產(chǎn)業(yè)規(guī)模基礎(chǔ)將帶動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)快速增長(zhǎng)，全面開(kāi)花。據(jù)2012年Graphene Live會(huì)議預(yù)測(cè)：到2018年全球石墨烯規(guī)模約329億美元，其中能源存儲(chǔ)領(lǐng)域約122億美元，柔性透明電極、柔性導(dǎo)線打印領(lǐng)域約83億美元，散熱管領(lǐng)域約64億美元，太陽(yáng)能薄膜領(lǐng)域約46億美元，生物醫(yī)藥、催化劑領(lǐng)域約14億美元。算上全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌?chǎng)規(guī)模，未來(lái)石墨烯有望達(dá)到萬(wàn)億級(jí)產(chǎn)能規(guī)模。
華為創(chuàng)始人任正非在接受媒體采訪時(shí)曾聲稱，這個(gè)時(shí)代將來(lái)最大的顛覆，是石墨烯時(shí)代顛覆硅時(shí)代。
石墨烯有望打破半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)流傳的摩爾定律，即芯片的集成度每18個(gè)月至2年提高一倍，即加工線寬縮小一半。目前通用材料硅的加工極限一般為10納米線寬，而石墨烯尺寸更小，且導(dǎo)電性能更好，電子遷移率更高。由于集成電路的技術(shù)水平和發(fā)展規(guī)模已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志之一，發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)在國(guó)家戰(zhàn)略層面的意義重大。
目前在石墨烯研究領(lǐng)域，新興經(jīng)濟(jì)體與發(fā)達(dá)國(guó)家同處起跑階段。從專利申請(qǐng)數(shù)量來(lái)看，中國(guó)還具有相當(dāng)?shù)目萍紕?chuàng)新優(yōu)勢(shì)。一旦抓住機(jī)遇，我國(guó)有望在石墨烯的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程方面領(lǐng)先他國(guó)，甚至主導(dǎo)這場(chǎng)技術(shù)革命，有利于我國(guó)從制造大國(guó)轉(zhuǎn)型制造強(qiáng)國(guó)。中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)網(wǎng)(CNIPR)數(shù)據(jù)顯示，截至2014年7月，中國(guó)有關(guān)石墨烯專利申請(qǐng)數(shù)量為5442，處于世界首位，是第2名美國(guó)申請(qǐng)數(shù)量(2196)的近2.5倍。
現(xiàn)狀：產(chǎn)業(yè)化“攻堅(jiān)”緩慢
目前石墨烯制備還無(wú)法實(shí)現(xiàn)達(dá)到產(chǎn)業(yè)化要求的大規(guī)模量產(chǎn)。制備方法的局限導(dǎo)致石墨烯層數(shù)增加、內(nèi)部缺陷的累積，石墨烯的各種優(yōu)異性能將無(wú)法體現(xiàn)，因而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、大規(guī)模的石墨烯生產(chǎn)是石墨烯產(chǎn)業(yè)化的基石。
當(dāng)前石墨烯制備有四種主流方法：微機(jī)械剝離法、外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉淀CVD法和氧化石墨還原法。其中CVD法被認(rèn)為是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)石墨烯薄膜最具潛力的方法。該方法的生產(chǎn)原料為廣泛存在的碳?xì)浠衔?甲烷、乙醇等)。三星已運(yùn)用CVD法成功獲得對(duì)角長(zhǎng)度為30英寸的單層石墨烯。
不過(guò)，目前CVD法制備出的石墨烯厚度難以控制，良品率無(wú)法保證。此外，CVD法雖然原料廉價(jià)，但設(shè)備價(jià)格高昂(價(jià)格在30-100多萬(wàn)美元/臺(tái)之間)，對(duì)于一個(gè)尚在產(chǎn)業(yè)化初期的領(lǐng)域來(lái)說(shuō)是一大筆成本。
行業(yè)宏觀研究院認(rèn)為，石墨烯的“產(chǎn)業(yè)化困境”在于，一方面，因?yàn)槭苤朴谥苽溥^(guò)程中的高成本和低質(zhì)量，石墨烯目前未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn);另一方面，產(chǎn)業(yè)鏈下游的應(yīng)用領(lǐng)域還未實(shí)現(xiàn)突破，尚未產(chǎn)生規(guī)模化需求。
當(dāng)前我國(guó)石墨烯產(chǎn)品主要在科研單位及企業(yè)研發(fā)部門中“自產(chǎn)自銷”。科研單位與企業(yè)對(duì)接不暢，研發(fā)機(jī)構(gòu)與下游企業(yè)缺乏溝通，石墨烯研發(fā)重基礎(chǔ)科學(xué)而輕實(shí)用技術(shù)，導(dǎo)致石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域市場(chǎng)需求未開(kāi)，沒(méi)有一個(gè)領(lǐng)域可以實(shí)現(xiàn)石墨烯的規(guī)模化應(yīng)用。
石墨烯產(chǎn)業(yè)化“破局”之路
按照硅材料產(chǎn)業(yè)的成熟周期為20年來(lái)推斷，石墨烯產(chǎn)業(yè)化成熟大約還要5-10年，接下來(lái)10年如何“破局”格外關(guān)鍵。
政策利好對(duì)于產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程無(wú)疑將是“強(qiáng)心劑”，而其重點(diǎn)應(yīng)在于政策引導(dǎo)與財(cái)稅支持。工信部發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”重點(diǎn)產(chǎn)品目錄》收錄了400種重點(diǎn)產(chǎn)品，但沒(méi)有石墨烯。不過(guò)，石墨烯材料仍有望加入“十三五”新材料的規(guī)劃之中。除了政策指引，政府可以通過(guò)成立產(chǎn)業(yè)基金、財(cái)稅支持等方式激發(fā)企業(yè)和市場(chǎng)的積極性，撬動(dòng)更多社會(huì)資本投資石墨烯產(chǎn)業(yè)。
同時(shí)，也需要警惕資本市場(chǎng)非理性繁榮，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)規(guī)范引導(dǎo)。石墨烯日益成為資本市場(chǎng)中炙手可熱的概念，但目前十余家石墨烯概念股上市公司中主營(yíng)業(yè)務(wù)為石墨烯的可謂寥寥無(wú)幾。“石墨烯粉體”更是常常被拿來(lái)與石墨烯相提并論。事實(shí)上，石墨烯粉體是從膨脹石墨、氧化石墨的技術(shù)路線發(fā)展而來(lái)，是石墨微片的升級(jí)產(chǎn)品，層數(shù)大于10層碳原子層。
而根據(jù)由中國(guó)石墨烯標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)發(fā)布，于2014年起實(shí)施的中國(guó)石墨烯第1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)“石墨烯材料的名詞術(shù)語(yǔ)與定義”，石墨烯材料泛指與石墨烯相關(guān)的、不多于10個(gè)碳原子層的二維碳材料。
產(chǎn)業(yè)鏈上游企業(yè)的魚目混珠不但容易引發(fā)資本市場(chǎng)的虛假繁榮，還將削弱應(yīng)用企業(yè)對(duì)于國(guó)產(chǎn)石墨烯質(zhì)量的信任。這方面亟需政府與行業(yè)協(xié)會(huì)加強(qiáng)發(fā)揮行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和正向引導(dǎo)。
行業(yè)宏觀研究院認(rèn)為，處在商業(yè)化臨界點(diǎn)的石墨烯產(chǎn)業(yè)，應(yīng)當(dāng)充分整合產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源，重視研發(fā)成果的技術(shù)轉(zhuǎn)移，研發(fā)應(yīng)與市場(chǎng)需求匹配。由于石墨烯有望最早在觸摸屏等應(yīng)用領(lǐng)域取得突破，一旦成功對(duì)接石墨烯研發(fā)和移動(dòng)終端應(yīng)用企業(yè)，石墨烯有望迎來(lái)巨大市場(chǎng)需求缺口。
“一分鐘充電”、“彎曲觸摸屏”等概念讓人對(duì)石墨烯的應(yīng)用前景充滿信心。在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中，應(yīng)加強(qiáng)應(yīng)用企業(yè)與研發(fā)機(jī)構(gòu)的互動(dòng)，推動(dòng)商業(yè)化。通過(guò)政府與行業(yè)協(xié)會(huì)的引導(dǎo)，鼓勵(lì)下游應(yīng)用企業(yè)持股石墨烯研發(fā)企業(yè)，真正用需求拉動(dòng)供給。同時(shí)，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研一體化，鼓勵(lì)研發(fā)機(jī)構(gòu)與應(yīng)用企業(yè)共同探索技術(shù)轉(zhuǎn)移問(wèn)題，縮短技術(shù)轉(zhuǎn)移周期。
