如何破解石墨烯產(chǎn)業(yè)化難題引各方關(guān)注
盡管石墨烯的研發(fā)如火如荼，在學(xué)術(shù)界、企業(yè)界和資本市場(chǎng)備受追捧，但如何大規(guī)模制備高質(zhì)量、大尺寸、低成本的石墨烯是產(chǎn)業(yè)化亟待解決的問(wèn)題。
在7月13日召開(kāi)的石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及投資論壇上，多位專家表示，目前制備石墨烯的技術(shù)工藝還不成熟，沒(méi)有達(dá)到一致性的品質(zhì)，而且成品面積都非常小，不能適應(yīng)工業(yè)化應(yīng)用。石墨烯整體還在研發(fā)階段，各國(guó)對(duì)這個(gè)新興材料正處于專利布局期，產(chǎn)業(yè)鏈還沒(méi)有形成，對(duì)石墨烯最大的需求仍然是各大院校及科研機(jī)構(gòu)的研究應(yīng)用。
石墨烯之所以沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，主要是沒(méi)有找到一種適合大規(guī)模生產(chǎn)的方法和途徑，這也是石墨烯成本居高不下的原因。目前，石墨烯的主要制備方法包括四種：微機(jī)械剝離法、外延生長(zhǎng)法、氧化石墨還原法和化學(xué)氣相沉積法。
諾獎(jiǎng)獲得者海姆和諾沃肖洛夫獲取石墨烯的方法，被稱之為微機(jī)械剝離法，即直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來(lái)。這一方式至今仍是實(shí)驗(yàn)室獲取石墨烯進(jìn)行基礎(chǔ)研究的重要手段。該方法得到的石墨烯質(zhì)量高，但尺寸較小，大小不一，且極費(fèi)人工，成本很高，不能滿足工業(yè)化需求。
外延生長(zhǎng)法所獲得的石墨烯面積較大，質(zhì)量較高，但缺點(diǎn)是石墨烯的制作成本非常高，而且生長(zhǎng)條件也很苛刻。這種方法生成的石墨烯不易轉(zhuǎn)移到別的基體上使用，因?yàn)樵诮饘俦砻嫔洗呋L(zhǎng)石墨烯，再把它轉(zhuǎn)移到適合的基底上，好比在一個(gè)足球場(chǎng)上鋪一層薄薄的保鮮膜，想讓它平平整整且完好無(wú)損，難度很大。
氧化石墨還原法是目前成本最低且最容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的石墨烯制備方法，它的缺點(diǎn)是在氧化還原的過(guò)程中，石墨烯的電子結(jié)構(gòu)以及晶體的完整性容易受到強(qiáng)氧化劑的破壞，進(jìn)而影響石墨烯的分子特性。
化學(xué)氣相沉積法，雖然可以制備出大面積的石墨烯，轉(zhuǎn)移到其他基體上使用也不困難，但質(zhì)量仍有待提高，且工藝較為復(fù)雜，成本較高。
對(duì)石墨烯的研究，中國(guó)起步雖相對(duì)較晚，研究跟進(jìn)卻很快。截至2012年底，被SCI收錄的與石墨烯相關(guān)的研究論文已經(jīng)達(dá)到5072篇，超過(guò)美國(guó)躍居世界第一。
“但我們存在兩個(gè)不足。首先，雖然研究群體大、成果多，但突出性、原創(chuàng)性成果較少。我們采用他人成熟的方法，始終處于落后位置，重大創(chuàng)新十分有限，因此要在材料制備方法上尋求突破。此外，主要集中在基礎(chǔ)研究，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用相對(duì)薄弱。”中國(guó)科學(xué)院院士高鴻鈞說(shuō)，歐洲、美國(guó)、韓國(guó)等國(guó)企業(yè)介入比較早，成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化也走在世界前列。
清華大學(xué)康飛宇教授石墨烯研究團(tuán)隊(duì)的朱宏偉認(rèn)為，目前石墨烯已經(jīng)具備規(guī)模化生產(chǎn)的能力，但在發(fā)展過(guò)程中，仍存在一些問(wèn)題。中國(guó)現(xiàn)有的技術(shù)水平可以支持其產(chǎn)業(yè)化，但并沒(méi)有達(dá)到最好的水平，未來(lái)還需有大的突破。而主要的制約因素在石墨烯的制備技術(shù)與理想狀態(tài)仍存在差距。此外，他希望國(guó)家能對(duì)石墨烯研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)給予更多的政策扶持。
東南大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師倪振華此前就加速石墨烯科研及產(chǎn)業(yè)化提出五點(diǎn)建議：一是從政府層面引導(dǎo)石墨烯研究的正確方向；二是通過(guò)政策支持加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；三是盡快著手制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，爭(zhēng)取獲得話語(yǔ)權(quán)；四是加強(qiáng)行業(yè)間的交流合作，促進(jìn)石墨烯廣泛應(yīng)用；五是成立相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟，加強(qiáng)行業(yè)內(nèi)部的協(xié)調(diào)和合作。
近幾年，石墨烯的興起也引起了中國(guó)政府的重視，去年工信部發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中的前沿新材料就包含石墨烯。此外，國(guó)家科技重大專項(xiàng)、國(guó)家973計(jì)劃也部署了一批重大項(xiàng)目。
在2013石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及投資論壇上，工信部原材料司副司長(zhǎng)高云虎表示，石墨烯屬于納米材料范疇，在編制新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃的時(shí)候，石墨烯還沒(méi)有目前這樣熱門，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景也并不明朗，因此在規(guī)劃文本、產(chǎn)品目錄中沒(méi)有把石墨烯作為主要重點(diǎn)，但隨著技術(shù)和應(yīng)用的突破，下一步會(huì)統(tǒng)籌研究并予以考慮。
7月13日，中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟在北京成立。聯(lián)盟的成立將有助于整合協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)資源，建立上下游、產(chǎn)學(xué)研信息、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等資源共享機(jī)制，進(jìn)一步提升石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈的整體創(chuàng)新水平和低成本石墨烯的競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。
來(lái)自《中國(guó)行業(yè)研究網(wǎng)》
