石墨烯作为材料界的新型材料,靠其强大的优势受到各行业的欢迎。据了解石墨烯现在已经逐渐进入了人们的生活中,快速充电、弯曲屏幕都是石墨烯的功劳,随着科技的进步和发展,在将来石墨烯的应用还将更广。
下一个产业蓝海
石墨烯是一种碳原子单层平面晶体新材料,它独特的碳单层结构一度被认为无法稳定存在。2004年,英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功从石墨中分离得到石墨烯,并因此荣获2010年诺贝尔物理学奖。
作为材料界的新星,石墨烯是目前已知室温下最好的导电和导热材料,是人类已知强度最高的物质,具备极高的透光性和极大的比表面积。石墨烯优异的性能使得它在多个领域具备变革潜力,已经有所建树的领域包括散热材料、柔性触摸面板、微型传感器、二次电池、芯片材料等。
我国发展石墨烯具有天然的优势,已探明的天然石墨储量约5500万吨,居世界首位。
石墨烯正从实验室走近人们生活
“新材料未来需求巨大。比如纳米型新材料石墨烯的应用,在危险化学品类火灾中不能用水去灭,但如果用石墨烯薄膜打过去就可以了。而使用石墨烯材料,手机未来可能薄到跟酒店房卡差不多。”清华大学经济管理学院教授魏杰在解读“十三五”规划建议提到新材料产业时说。
日前,石墨烯理疗、保暖产品、LED用高导热石墨烯复合材料、石墨烯防弹材料、石墨烯电热服装等20余种石墨烯产品已经全新推出。
“利用石墨烯特性,研发新型防弹衣,防弹插板只需17毫米就能达到甚至超过传统产品的防弹效果,重量还可减轻20%。”青岛华高墨烯科技有限公司董事长施建新说,目前这款防弹衣已与3家使用单位签约。
一直以来,智能手机的续航能力始终是最大短板。宋立禄告诉记者,他们研发的石墨烯新型锂电子电池,充电时间大大缩短,手机几分钟就能完成充电。
不久前,华为宣布与英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院合作,研究如何将石墨烯领域的突破性成果应用于消费电子产品和移动通信设备。可以预想,手机将继功能机向智能机变革之后,再发生新“革命”——石墨烯的特性未来将使显示屏超薄、超轻,实现可卷曲的柔性显示。
目前,被业界誉为“东方碳谷”之称的江苏常州,已拥有石墨烯产业技术研发和企业孵化的服务平台;中科院重庆绿色智能技术研究院也成功制备出15英寸单层石墨烯手机显示屏;高铁内饰材料中已开始使用石墨烯……石墨烯技术正在悄然影响着生产生活等领域。
多方合力推进产业发展
11月4日,深圳市先进石墨烯应用技术研究院、深圳市石墨烯协会揭牌成立,这是深圳市目前获批的惟一一个针对石墨烯应用的专业化研究院。 “石墨烯作为21世纪最具发展潜力的新材料,在电池、可穿戴设备、冷凝器等方面的应用频现突破,有望成为下一个万亿级的产业。”深圳市副市长陈彪表示。
深圳经过多年发展聚集了一批石墨烯的研究机构和企业,为石墨烯产业的发展壮大奠定了基础。据悉,华为与曼彻斯特大学合作研究石墨烯的应用合作及石墨烯领域的研发;比亚迪(002594,股吧)正全力研发石墨烯—磷酸铁锂电池;贝瑞特拥有多项专利正着手研发石墨烯储能电池;烯旺在石墨导电、导热、防腐等多个领域的应用研发处于国际领先水平,已申报发明专利30多项。目前深圳在石墨烯产业链的两端已经具备了推动产业快速发展的基础,特别是在下游的运用中拥有得天独厚的优势。
“东旭光电(000413,股吧)正顺应新材料领域发展趋势,将石墨烯作为公司进军新材料产业的重要抓手,积极进行石墨烯产业布局。”东旭光电投资负责人、北京旭碳新材料有限公司董事长王忠辉接受记者采访时表示。
据了解,2014年6月,东旭光电与北京理工大学共同成立了石墨烯研究院。今年3月,东旭光电又与北京理工大学共同成立北京旭碳新材料科技有限公司,作为石墨烯新材料的技术研发、项目孵化和产业运营平台,推进石墨烯制备及应用技术的突破。今年7月,东旭光电与中国石墨烯产业技术创新战略联盟签署战略合作协议,双方在信息交流、资源整合、战略规划、市场推广等领域展开全方位战略合作,打造专业化的石墨烯产业投融资平台——北京东旭华清投资有限公司。
“在石墨烯应用领域,石墨烯透明导电薄膜有望最先实现产业化。”王忠辉表示,目前,国内多家科研院所和企业已经掌握石墨烯薄膜的小批量制备技术,但现有工艺设备无法实现批量化生产,目前正在解决石墨烯薄膜“卷对卷”生产技术,提高生产效率,降低生产成本。
而日前,青岛市政府向石墨烯的发现者安德烈·海姆颁发证书,大手笔布局石墨烯产业。目前青岛多家高校、科研机构和企业都开展了石墨烯及相关产品的研究与开发,青岛高新区作为中国北方惟一的国家级石墨烯产业创新示范基地,正积极打造以石墨烯为核心,以海洋为特色的新材料科技创业园,显示出了良好的发展前景。
石墨烯时代真正到来还需时日
工业与信息化部原材料工业司司长周长益说,“近年来结构材料、石墨烯等前沿新材料均实现了快速增长。这些材料目前总量较小,但其发展加快了原材料工业关键材料转型升级的步伐。”
据统计,我国石墨矿储量占到世界总储量的75%,生产量约占世界总产量70%,具备发展石墨烯产业的资源基础。截至目前,我国石墨烯企业已超过百家,并在常州、无锡、青岛、深圳等地形成产业集群。
不过,也有不少科研人员指出,石墨烯作为一种新材料,要真正走向市场,过程“前景光明,道路曲折”。
首要困难是受限于材料生产。中科院院士、北京大学教授刘忠范说,要实现石墨烯商业化,需要生产出低成本、高品质的石墨烯成品。“但制出这种石墨烯并非易事。技术层面上还有很多挑战,批量化或大尺寸生产都还没能克服。”
中国科学院山西煤炭化学研究所副研究员、石墨烯课题组长陈成猛指出,我国石墨烯产业发展目前还存在生产成本高、产品品质待提升、上下游互动不够等问题。
记者采访中也发现,尽管目前国内石墨烯市场火热但鱼龙混杂,有的企业甚至直接将石墨当作石墨烯来宣传、销售。
“目前石墨烯行业缺乏国家标准、行业标准和企业标准。对石墨烯的质量、制备工艺、检测设备和方法等,都没有科学统一的说法。”施建新说。
专家认为,石墨烯产业必须要避免当年纳米技术那样一哄而上的局面,需要整个资源进行创新布局,形成聚合效应。