万能材料在长启动产业化

图为湖南元素密码石墨烯研究院的石墨烯制备车间。　　资料图片

长沙晚报记者 陈焕明

世界上有这样一种物质，它透明，只吸收2.3%的光；它坚硬，强度是钢铁的200倍；它存量丰富，在大自然中广泛存在；它实用，电阻率是世界上已知物质中最小的。它就是石墨烯，一种科学家和企业家都为之着迷的新材料。凭借完美的性能，石墨烯成为材料界的新贵，从三星的移动手机、苹果的可穿戴设备，到特斯拉电动车电池，都出现了石墨烯的身影。

石墨烯究竟有何神秘之处？它的相关研究和产业化现状如何？带着这些问题，记者近日走进长沙专门研究这种材料的湖南元素密码石墨烯研究院一探究竟。

发明：两名物理学家获诺贝尔奖

据媒体报道，近日西班牙一家以工业规模生产石墨烯的公司Graphenano，与西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池，其储电量是目前市场最好产品的3倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟。

石墨烯是什么？湖南元素密码石墨烯研究院创始人、中蓝科技控股集团董事长谭彬介绍，石墨烯是一种由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质，厚度只有0.335纳米，是二维结构的材料，而我们现在所应用的材料都是三维结构。把20万片石墨烯叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。石墨烯的结构特性也赋予其先天的优势：它是世界上已知的最薄、强度最大、重量最轻、韧性最好的材料，因此也称为“万能材料”。

石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在。直到2004年，英国曼彻斯特大学两名物理学家从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二，不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后得到仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯，两人也因这项发明获得2010年诺贝尔物理学奖。

应用：一根细丝吊起一架钢琴

石墨烯如此“高大上”，用它合成的复合材料能做什么呢？因为强度大，如果用石墨烯做成一根头发丝粗细的绳子，它可以吊起一架三角钢琴。业内人士认为，如果说20世纪是硅的世纪，那么石墨烯则开创了21世纪的新材料纪元，仅在集成电路行业，如果石墨烯能够取代1/10的硅，就将带来5000亿元以上的市场容量，未来有望达到万亿元级市场规模。

谭彬告诉记者，经过3年多攻关，湖南元素密码石墨烯研究院通过一种全新的氧化还原法，实现了石墨烯材料研发和应用的重大技术突破，获得全球专利80多项。目前，该研究院自主研发的石墨烯合金材料，可以有效地和铁、铜、镍、铝、锡及金刚石等材料相亲合，极大改善材料性能；通过氟化石墨烯技术，既保持了石墨烯的高强度，又使得其具有极强的耐高温、疏水性等性能，在新型纳米电子器件、润滑材料、动力电池等领域具有广泛的应用前景。

目前，石墨烯材料已大规模应用到长沙赛维能源科技有限公司锂离子电池生产当中，作为正负极电极活性材料的导电剂添加剂。技术参数显示，通过往锂电池正极材料中添加1%到2%的石墨烯作为导电材料，电池的储电量是普通锂电池的两倍以上，电池使用寿命延长两倍，成本降低20%。

产业化：行业量产仍处于摸索阶段

我国的石墨烯行业仍在量产摸索阶段，目前还很少有能够实现批量化生产的企业或研究机构。为什么会出现这样的困境？谭彬解释，目前国内研究和生产石墨烯的制备设备成本太高，多数企业只能小量生产石墨烯，生产出的石墨烯也存在很多技术上需要突破的问题。从需求上看，石墨烯没有形成下游的应用和需求，目前最大的应用还是为各大科研院校的实验使用。

目前湖南元素密码石墨烯研究院通过氧化还原法和其他物理方法相结合，能生产出低成本的石墨烯材料，于2014年5月在隆平高科技园建成第一条年产30吨的石墨烯生产线，预计今年年产能将达300吨，现在该公司正在筹建第二条石墨烯生产线。

谭彬介绍，中蓝科技控股集团采用PPP/BOT的运营模式，引进投资60亿元，向长沙市政投入纯电动大巴、纯电动出租车，同时建立配套的充电站（桩）设施及核心零部件基地；同时引进产业基金30亿元投资兴建日产100万安时石墨烯锂离子电池生产线。

规划：长沙产业集群有望达千亿元规模

基于石墨烯材料的特殊性，其产业发展已提升至国家战略层面。国家工业和信息化部等部门正在加紧研究“十三五”新材料规划，有望于今年下半年出台，石墨烯入选该规划已经基本落定。2011年，我国首家石墨烯企业成立，目前企业数量已达到40余家，山东青岛、江苏常州、浙江宁波、广东深圳已正式挂牌成立四大国家级石墨烯产业化基地。

目前，中蓝科技正规划在长沙建设一个石墨烯产业集群基地，一期占地500亩，整合石墨烯锂离子电池、电动汽车、电动汽车管理系统、电机等行业资源，打造石墨烯产业集群。谭彬说：“我们很期待，未来有望做到千亿元规模。”他认为，随着国家推进新能源汽车战略，未来电动汽车市场将出现井喷式增长，中蓝科技正是想抓住这其中的契机，通过控股广州益维新能源汽车有限公司，与梅花客车形成战略合作，以此延伸石墨烯的下游产业链。

“石墨烯产业在长沙发展得怎么样，一方面要依靠企业和市场的力量，另一方面，政府也可以适当做一些引导、支持和服务。”谭彬认为，湖南的石墨原材料储量占全球一半以上，因此发展石墨烯产业具有得天独厚的条件，下一步长沙也可以加紧相关行业布局，尽早占领这一行业制高点。

名词解释

石墨烯

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，它只有一个碳原子那么厚，是已知、能看得见的最薄纳米级材料，且在已知的材料中最轻、强度最大、韧性最好，目前的主要应用方向包括透明导电薄膜、储能领域、导热散热以及功能性复合材料领域。苹果、三星等公司正试图利用石墨烯材料的导电和透明特性，制造像一张纸那么薄的透明手机，而且还不怕弯曲。利用它能制造出大容量电池，一次充电足以让电动汽车行驶数百上千公里。