石墨烯是以六角形呈蜂巢晶格排列的薄膜, 僅一個碳原子厚,是迄今已知最單薄的納米材料。

它恬靜低調(diào),把勝過鋼鐵20倍的“堅強”,“掩藏”在黑黝黝的石墨易脆外表下;柔順得富有可塑性,卷成圓筒狀成為一維碳納米管,團作球狀可得到零維富勒烯;通體透明能被一眼看穿,卻只吸收微弱的光線。

中國是石墨資源大國,也是石墨烯研究和應用開發(fā)最活躍的國家之一。

2月4日,為貫徹落實日前發(fā)布的《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》,國家發(fā)改委公布《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點產(chǎn)品和服務指導目錄》2016版,將石墨烯等新材料納入其中。

超輕薄型飛機、海水重防腐涂料、柔性折疊手機和遠紅外發(fā)熱理療護具……與石墨烯有關(guān)的產(chǎn)品漸入百姓視線,令人驚嘆它既可“高大上”又能“接地氣”,幾乎無所不能。

目前,我國石墨烯產(chǎn)業(yè)化一枝獨秀,處于世界領先地位,主要是其正在快速推動制造業(yè)升級轉(zhuǎn)型。有專家預測:2020年石墨烯將撬動萬億產(chǎn)業(yè)鏈。但同時,專家呼吁要加強石墨烯在戰(zhàn)略高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的布局,如信息、光電和生物等領域。正如中國科學院院士劉忠范所言,“抓住石墨烯發(fā)展良機,提升我國高科技產(chǎn)業(yè)競爭力。”那么,我們將如何把握“天時地利人和”之契機,才能贏定未來?全國兩會期間,科技日報記者就此采訪了業(yè)內(nèi)資深的專家學者。

天時:時運所致 引領碳時代

2004年,石墨烯在英國“呱呱落地”,兩位英國科學家因在實驗室從石墨中剝離出石墨烯,并證明其特殊性能,在2010年獲得諾貝爾物理學獎。從此,作為碳家族中新材料的一員,石墨烯一夜成名,世界矚目。

時運所致。有學者指出,21世紀將是碳的時代,而石墨烯將可能引領風騷,全方位改變?nèi)祟惿鐣Ｒ驗樗q如大隱于世的功夫高手——靜若處子,動若脫兔。

僅一個碳原子厚,石墨烯是以六角形呈蜂巢晶格排列的薄膜,是迄今已知最單薄的納米材料。它恬靜低調(diào),把勝過鋼鐵20倍的“堅強”,“掩藏”在黑黝黝的石墨易脆外表下;柔順得富有可塑性,卷成圓筒狀成為一維碳納米管,團作球狀可得到零維富勒烯;通體透明能被一眼看穿,卻只吸收微弱的光線。

石墨烯骨子里迸發(fā)的“速度與激情”,著實令人驚詫。它對熱的傳導興奮程度高于碳納米管和金剛石;在常溫下,導電性能達到光速的1/300,完勝一般導體等。石墨烯是第一個被證實單獨存在的二維材料,仿佛是打開了新知世界的大門。它憑借與眾不同的“個性”,愈發(fā)被期許引爆顛覆社會變革的力量。

然而,石墨烯應用顯現(xiàn)兩面性:安靜下有著強大親合力,用適當?shù)姆绞胶推渌牧辖Y(jié)合,或如同工業(yè)味精在其中添加一點,可增強性能,提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的層次;能動中卻難以琢磨駕馭,如高導電性、高導熱性、高透光性,正是目前從事石墨烯材料的研究機構(gòu)和企業(yè)共同面臨的技術(shù)瓶頸,激發(fā)各國科研人員爭相探索挖掘它無可替代的“殺手锏”級應用,這也是未來二三年內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)化能否成功的關(guān)鍵所在。

與碳納米管、碳纖維不同,“石墨烯不是一種材料,而是一批材料”,正如“石墨烯之父”、諾獎得主安德烈·海姆在接受科技日報記者專訪時強調(diào)。從長期看,石墨烯材料可能同鋼鐵、塑料一樣重要,有可能代替硅成為信息技術(shù)的基礎材料,還可能在能源、交通、航空航天、柔性電子和醫(yī)療保健等領域大放異彩。

地利:戰(zhàn)略把握 破冰產(chǎn)業(yè)化

國家層面的需要,影響和決定一個產(chǎn)業(yè)的高度和發(fā)展方向。目前,世界很多國家將石墨烯作為高技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略制高點,尤其在高端研發(fā)方面競爭激烈。

歐盟率先在2013年啟動石墨烯旗艦計劃,斥資10億歐元;英國和韓國分別投入5000萬英鎊、3.5億美元,進行石墨烯商業(yè)化計劃。值得一提的是,當前歐美日韓等國家地區(qū)的石墨烯相關(guān)技術(shù)研發(fā)都以企業(yè)為主體,如IBM、三星公司等,并加強產(chǎn)學研結(jié)合的路徑,深耕信息、光電和生物等高新技術(shù)研究,在戰(zhàn)略上已形成主動。美國石墨烯產(chǎn)業(yè)已形成相對完整的石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈。

“我國的石墨烯產(chǎn)業(yè)一枝獨秀。現(xiàn)在主要對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級做得較多,這與企業(yè)的創(chuàng)新能力增強和高校產(chǎn)學研結(jié)合日漸密切相關(guān),幾乎每個石墨烯企業(yè)背后都有大學研發(fā)的身影。但在高技術(shù)研究方面比較缺失,國家還沒有大力投入,企業(yè)更無足夠?qū)嵙θラ_展。如不改變,我們也許將會在戰(zhàn)略布局上喪失優(yōu)勢。”國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展咨詢委員會成員、中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長李義春對科技日報記者說。

清華大學深圳研究生院院長、碳材料專家康飛宇指出,“國內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)尚存在不足:首先是原創(chuàng)研究和應用匱乏,多為集成創(chuàng)新;其次,國內(nèi)有些所謂石墨烯產(chǎn)品只是與石墨烯‘沾邊’,未挖掘出其核心技術(shù),應用主要是鋰電池導電添加劑、涂料和導熱膜等中低端產(chǎn)品;再有,急功近利者打著石墨烯的旗號‘忽悠’投資圈錢,導致市場魚龍混雜。由此,企業(yè)需練好基本功,行業(yè)亟待制定標準和規(guī)范市場。”

“破冰產(chǎn)業(yè)化,關(guān)鍵在于石墨烯這一新興材料能給人們帶來什么!”中國石墨烯產(chǎn)業(yè)奠基人、深圳清華大學研究院原院長馮冠平提出。他強烈建議:“我國企業(yè)不能跟著論文走,要跟著市場走;投資不要跟著股票走,要跟著創(chuàng)新型企業(yè)走;地方政府不要跟風走,要多為石墨烯企業(yè)的新產(chǎn)品使用創(chuàng)造條件,培育這一新興產(chǎn)業(yè)。”

人和:融通中外 拓展朋友圈

俗話說,天時不如地利,地利不如人和。石墨烯產(chǎn)業(yè)要形成良性發(fā)展環(huán)境,更需要的是齊心協(xié)力。

迄今,中國業(yè)界對外已同美、英、西班牙、澳大利亞等25個國家和地區(qū)的企業(yè)及研究機構(gòu),建立了合作關(guān)系,由中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟每年召開的“中國國際石墨烯創(chuàng)新大會”成為全球最大規(guī)模的石墨烯產(chǎn)業(yè)促進大會,以中國引領的全球石墨烯產(chǎn)業(yè)“朋友圈”正在形成。

“中國正引領全球石墨烯商業(yè)化進程。對此,世界應該感謝中國。”近些年來,頻繁來華考察石墨烯產(chǎn)業(yè)的海姆對記者表示。之所以能有這樣的結(jié)果,與最初一批海外留學精英人員回國研發(fā)和創(chuàng)業(yè)密切相關(guān)。而隨著行業(yè)的快速發(fā)展,急需引進海內(nèi)外不同領域和背景的高層次復合應用型人才。

有專家擔憂,盡管在石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈中,我國率先形成上中游鏈條,但是下游還處于起步階段,基本以中小企業(yè)綿薄之力為主。而這階段才蘊藏著高附加值,若長期發(fā)展乏力,不僅會導致巨大利潤拱手讓人,還將制約上游發(fā)展,殆盡初期積累的優(yōu)勢。

李義春建議,“出于轉(zhuǎn)型升級的改良需要,我國目前石墨烯產(chǎn)業(yè)投資主體以民營企業(yè)為主,在高技術(shù)產(chǎn)業(yè)方向上缺乏統(tǒng)籌布局,而提升國家高技術(shù)增長點需長期投入驅(qū)動創(chuàng)新,亟待國家在戰(zhàn)略上統(tǒng)籌布局、政策上及時給予扶持,并且在資金上加大投入力度。”