石墨烯產(chǎn)業(yè)化障礙亟待解決
石墨烯產(chǎn)業(yè)化障礙
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)化亟待解決的問題。
在7月13日召開的石墨烯產(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,各國對(duì)這個(gè)新興材料正處于專利布局期,產(chǎn)業(yè)鏈還沒有形成,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。
石墨烯之所以沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn),主要是沒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。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,超過美國躍居世界第一。
“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。”中國科學(xué)院院士高鴻鈞說,歐洲、美國、韓國等國企業(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)展過程中,仍存在一些問題。中國現(xiàn)有的技術(shù)水平可以支持其產(chǎn)業(yè)化,但并沒有達(dá)到最好的水平,未來還需有大的突破。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,國家科技重大專項(xiàng)、國家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)中國石墨烯產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。