石墨烯是一種二維的單層碳原子結(jié)構(gòu)材料，它不僅是世界上最強、最堅硬、最薄的物質(zhì)，同時由于它在已知的材料中電阻率最小、導熱系數(shù)最高，因此也是最理想的電極和半導體材料，被認為可以引發(fā)現(xiàn)代電子科技和信息技術(shù)的革命。
石墨烯比鉆石還堅硬，強度是世界上最好鋼鐵的上百倍，以至于科學家想用它制備夢寐以求的“太空電梯”超韌纜線。預計到2020年，石墨烯全球市值1.49億美元。石墨烯的未來，取決于我們能否提供可供高端的基礎材料。
當你推著購物車經(jīng)過結(jié)算柜臺時，不需要像現(xiàn)在這樣排隊掃描二維碼，物聯(lián)網(wǎng)無線系統(tǒng)會自動統(tǒng)計你購物車中的物品并計價，并從你的購物卡扣除費用，所有的一切將瞬間完成，你只要拿到一個收據(jù)即可。
未來讓你享受如此輕松購物的，正是石墨烯技術(shù)在射頻識別上的應用。那么，石墨烯這種神奇材料究竟能夠給我們的生活帶來怎樣的變革？我國未來能否實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化呢？帶著相關(guān)問題，科技日報記者專訪了一些中外著名科學家、產(chǎn)業(yè)人士，梳理石墨烯發(fā)展過程中的熱點問題，以厘清未來產(chǎn)業(yè)化的突破路徑。
“材料之王”將如何顛覆世界
大多數(shù)人有用鉛筆在紙上寫字的經(jīng)歷，那留下的痕跡是石墨在一層層剝離，當剝離到最小極限只有一個碳原子厚的單層石墨時，就是石墨烯。令人驚異的是，這種看似平常的物質(zhì)，卻因由英國曼徹斯特大學兩位科學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫發(fā)現(xiàn)后共獲2010年諾貝爾物理學獎，從此猶如打開新材料世界的一扇“阿里巴巴”之門。
“它是迄今為止在自然界中發(fā)現(xiàn)的最薄、機械強度最大的材料，可以被無限拉伸，彎曲到很大角度不斷裂，還可以抵抗很高的壓力。”諾獎得主海姆教授對科技日報記者說。
石墨烯比鉆石還堅硬，強度是世界上最好鋼鐵的上百倍，以至于科學家想用它制備夢寐以求的“太空電梯”超韌纜線。它穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導電性、極好的透光性和相對較高的機械強度。
如此出眾的石墨烯，令人充滿遐想與期待。濟寧利特納米技術(shù)有限責任公司董事長侯士峰博士給記者介紹說：“石墨烯的用途廣泛，未來可在加速物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建方面大顯身手，如將石墨烯導電油墨產(chǎn)品應用于柔性電子設備、射頻識別標簽、柔性顯示設備和傳感器等。石墨烯還可以做到智能包裝，包裝袋上即時標注食品保質(zhì)狀況，讓人真正體會到便捷、安全和實用。另外，它還將推動海水淡化等技術(shù)的發(fā)展，并能為新能源汽車提供續(xù)航里程更高的電池等。”
未來石墨烯將有何發(fā)展態(tài)勢
很多人擔心，石墨烯會像當年納米材料剛出現(xiàn)一樣，還沒什么產(chǎn)品，概念就炒得滿天飛，降低了產(chǎn)業(yè)信譽度；又恐像光伏產(chǎn)業(yè)一樣，眾多企業(yè)看好蜂擁，直至產(chǎn)量過剩。
而中國科學院院士、北京大學化學與分子工程學院教授劉忠范博士在接受科技日報記者專訪時指出，“石墨烯不是一個門檻很低的行業(yè)！不是誰都可以進入，它在技術(shù)上要求很高”。可以說這是一個潛力無限但風險極高的行業(yè)。
他說：“當前人們說起石墨烯的未來尚處于比較模糊的概念，未來它的發(fā)展態(tài)勢有三種期待，且用三個參比來描述：第一種期待是硅，離開硅就沒有了芯片，而信息化社會的主體是芯片；第二種是碳纖維，在某個領域占領市場，像日本東麗公司對碳纖維壟斷用于國防；第三種是塑料，已擁有百年發(fā)展歷程，在人們生活中必不可少。所以，對我們而言，石墨烯發(fā)展的最低標準是碳纖維，中端如塑料，最高標準是硅，但這種可能性有多大目前還不知道。”
10月底，由中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟首次發(fā)布的《2015全球石墨烯產(chǎn)業(yè)研究報告》顯示，預計到2020年，石墨烯全球市場值1.49億美元，2014—2020年年復合增長率是44%，近期主要應用于復合材料、導電導熱涂層、超級電容器、鋰離子電池等，未來進一步的發(fā)展可能是柔性顯示、太陽能、高性能芯片方面。從技術(shù)環(huán)境來看，石墨烯已經(jīng)過了炒作的最熱時期，很多公司已經(jīng)將注意力從石墨烯的制備轉(zhuǎn)移到終端應用，產(chǎn)業(yè)爆發(fā)點已經(jīng)形成。
決勝未來的是高端研究
《“十二五”期間中國石墨烯行業(yè)深度市場調(diào)研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》顯示，我國已申請了2200多項石墨烯專利技術(shù)，數(shù)量達世界石墨烯專利的1/3。是不是可以說，我國的產(chǎn)業(yè)潛力遠超國外呢？
劉忠范指出，“我國要做是不會比國外差的，只是歐洲與我們關(guān)注的東西不太一樣，相比之下，他們關(guān)注的是高端，我們關(guān)注的是低端，做的大多是電容器、鋰電池，或把石墨烯作為‘工業(yè)味精’往水泥、涂料中摻，以提高他們的性能，但是并沒有把石墨烯的導電導熱特性發(fā)揮出來。由于這樣做比較容易進入，所以很多人都在做。然而，真正決勝石墨烯未來的是高端研究！歐洲、美國和日本現(xiàn)在都在做，這也是我們現(xiàn)在存在的問題。所以我們要有自己的基礎研究，不能總聽別人怎么說”。
目前，有關(guān)很多石墨烯材料的研發(fā)成果僅限于實驗室中，而理想與現(xiàn)實有太大差距。現(xiàn)實是，至今尚無石墨烯的量產(chǎn)技術(shù)，且其制備成本太高，大大限制了產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，因此攻克石墨烯低成本規(guī)模化制備技術(shù)成為了相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中至關(guān)重要的一步。
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