关于我们 | English | 网站地图

刘忠范:石墨烯市场“虚火太旺”

2014-08-12 13:28:12 瞭望东方周刊
  这种世界上最薄的物质,比钢铁还要强韧100多倍。如果把厚度相当于人的头发丝直径十万分之一的石墨烯,叠成保鲜膜那样厚,需要一头大象站在一支铅笔上所产生的压强,才能刺破它。

这种目前已知最薄、最硬、导电导热最好的材料,被发现短短十年来,已成为各国科学界炙手可热的新材料。目前中国沿海多地,都雄心勃勃地筹备着自己的石墨烯产业化项目。

作为中国在该领域的最权威研究者之一,中国科学院院士、北京大学化学与分子工程学院教授刘忠范,就中国的石墨烯研究进展和产业情况接受了专访。

他认为,虽然石墨烯还处于基础研究阶段,但的确可能在能源、环境、航天、军事等关键领域有广阔发展空间,而作为碳材料研究大国的中国,石墨烯研究已走在了世界前列。

不过,刘忠范表示,目前对石墨烯前景的认识尚不明朗。

纸一样轻薄的防弹衣

记者:石墨烯到底是什么?

刘忠范:石墨烯是人类发现的首个二维原子晶体。首先它是世界上最薄的物质之一,仅相当于人头发丝直径的十万分之一。即使如此,石墨烯却是世界上最坚固的物质,比钢铁还要强韧100多倍。

从其他方面讲,石墨烯的导电性、导热性也非常良好。可以说它的出现刷新了人类对于物质世界和微观世界的认识,也为科研工作者开辟了一片崭新的广阔天地。

所以在石墨烯被发现短短六年之后,也就是2010年,它的发现者就获得了诺贝尔物理学奖,这在诺贝尔奖历史上也是不多见的。

记者:石墨烯具体可以用来做什么?

刘忠范:作为一种新兴的纳米材料,石墨烯的应用前景并不十分明朗。目前关于石墨烯的研究绝大部分仍处于实验室的基础研究阶段,但某些应用已经初现端倪,比如距离出现在我们日常所用的电子设备中的日子不远了。

现在柔性电子产品、可穿戴设备等概念非常流行,但手机、iPad脆弱的屏幕是短板。石墨烯拥有很好的柔韧性,可以任意弯折而不破坏性能。石墨烯还可以用作柔性电池的电极。如果这种设想实现了,那么我们的手机就薄如纸片,有iPad那么大的屏幕,不用的时候又可以折叠装进口袋。穿戴设备的弧度也可以随意调整,使它完全贴合身体。

另一方面,石墨烯具有非常高的化学惰性,因此可以用作某些军工材料或设备的涂层,使它们耐腐蚀。石墨烯密度极小,又无比坚固,可以大大减轻材料重量,同时又获得极高的机械强度。例如可制成像纸一样轻薄的防弹衣。

如果石墨烯用在航空航天设备中,可大大减少负荷。将石墨烯作为金属材料的添加剂,例如烯合金,会大大提高合金材料的屈服和抗拉强度,在航天领域潜在应用价值极大。

石墨烯还可以吸收微波波段的辐射,这能用于制造隐形飞机。美国NASA正在研制石墨烯的微型传感器,并计划用于航天过程中对氧气含量的精确监测。

总之,希望也相信科学家们无穷的创造力,将会使这些慢慢变为现实。

正从基础研究向产业化过渡

记者:你对石墨烯大规模产业应用的时间有何估计?

刘忠范:至少需要5~10年。尽管未来几年内可能会有一些石墨烯的相关产品进入大众的视野,但距离大规模应用仍有一段路要走。

我们欣喜于石墨烯正从基础研究向产业化过渡。比如常州、无锡等地,投资组建了我国第一个关于石墨烯研究与产业孵化机构,发布了《无锡石墨烯产业发展规划纲要》。

如果问石墨烯可能在哪个行业最早实现产业化?较有希望的可能是触摸屏、柔性电子器件等领域。这要综合考虑相关技术的实现难度、制造成本、市场需求、现有技术的成熟度和不足等诸多因素。

另外,如果体相石墨烯的制造成本可降至足够低,并且石墨烯质量能再提高的话,添加石墨烯力学增强的复合材料有望很快进入市场。

产业化是一个复杂的问题,牵涉多个层面,当然最为核心的仍是产品质量与成本。从质量上看,例如对于大面积石墨烯薄膜的应用来说,石墨烯的导电性、转移过程中的破损与污染等因素,都制约了其应用。

对石墨烯粉体材料来说,石墨烯片层的尺寸、结晶性等有待提高。在成本上,这两种原料的价格目前都偏高。近年来,虽然制造成本下降了一些,但成本仍有压缩空间,这取决于能否开发出更为经济、高效的石墨烯制备方法。

市场“虚火太旺”

记者:当前我国对石墨烯的研究现状如何?

刘忠范:中国一直是碳材料研究大国。过去十年,我们对石墨烯的基础研究和应用研究都已经跻身世界前列,近年来在石墨烯领域发表论文和申请专利数量上都处于世界第一。

我们在人力、物力方面都具有极大的优势。其次,我们国家介入石墨烯研究领域的时间较早。但也必须看到,目前我们的研究还主要是追随国外高水平研究机构的步伐,真正原创性、突破性的进展较少。论文总数虽然世界第一,但引用数量上仍远远落后于美国。

记者:有人说,目前石墨烯的市场表现“虚火太旺”,造成了市场虚假繁荣,你如何看?

刘忠范:目前看来确实是有这样的现象。主要是现在对于石墨烯前景的认识不够明朗,石墨烯产品还是以概念性的为主,短时间内又有大量资金注入所致。

一种革命性的新材料进入市场,都会或多或少面临这样的问题。但长远看,各方性能极为优异的石墨烯,未来大有可为毋庸置疑。相信随着与石墨烯相关知识的普及,市场认知将更为客观,石墨烯市场将迎来良性发展的新阶段。

记者:对于加速石墨烯科研及产业化,你有什么建议?

刘忠范:首先,科研院所要将研究目标定为做出原创性的工作,而不是盲目跟风,人云亦云,更不能急功近利,重量不重质。

其次,中央和地方政府对于石墨烯的研究和产业化给予更多引导和扶持,对石墨烯产业进行统筹规划和长远考虑,优化石墨烯产业布局,避免产能过剩,打造石墨烯生产和应用的技术密集型产业,加大高技术含量、高附加值产品的比重,维持产业的健康有序发展。

第三,科学是无国界的,但科学家是有祖国的。一方面加强不同地区、不同国家间交流,另一方面要注重发展拥有自主知识产权的产品和技术。这样有利于自力更生,不过度依赖国外的产品和技术。




责任编辑: 李颖

标签: 刘忠范 石墨烯市场

更多

行业报告 ?