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解读石墨烯:行业的颠覆者

石墨烯是目前最为耀眼的前沿材料,是科技界和市场追逐的热点。在这场石墨烯的角逐中,中国科技界的表现有惊喜,更有似曾相识的不足。

石墨烯是目前最为耀眼的前沿材料,是科技界和市场追逐的热点。在这场石墨烯的角逐中,中国科技界的表现有惊喜,更有似曾相识的不足。

相比美、韩,中国有其明显缺点。美国有富有活力的科研体系,高水准的成果和领军人才批量涌现;美国还有专业高效的科技风投。两相结合,成就了今日美国科创的优势。反观中国,半封闭的科研体系正在改革,科技成果的产业化正在摸索,科技工作者的考核和激励机制还未走上正途。

韩国基本走过了初级模仿的阶段,科研体系可以和欧美对接,可以吸纳高水准海外技术人员。同时,韩国大型企业找到了自己的科创之路,在一些关键领域展露锋芒。韩国政府在大型科研项目的组织上展现出其专业性。反观中国,科研体系还有制度性障碍,无法吸引全球性人才,官产学研还未理顺,地方政府对科技的投入还处于无序的“县域竞争”阶段。

不过形势也不是一片灰暗,中航已经找到了适合自己的研发模式,而且我们有基数庞大的科学家和科技企业,制度变革也正在发生着。同时,石墨烯这类颠覆性的科研命题的竞赛,注定是一场长跑,我们还有时间。

目前石墨烯在锂电池的应用只有百分之零点几的添加剂,没有一家企业能真正有产品推出来。

从没有哪个新材料有过石墨烯这样的风头,它出现在任何行业都会被视为潜在颠覆者。

石墨烯由单层碳原子以sp2杂化轨道组成的平面薄膜,因为只有一个原子厚,被视为二维材料,是我们三维世界中的异数。拜结构特殊之赐,石墨烯是目前最薄、强度最高、导电性能最好的材料,如果愿意,这个清单可以开列很长。由此,石墨烯在储能、集成电路等领域被寄予厚望。

石墨烯自问世以来一直很有热度,去年的两则新闻把这种热度推上顶峰:特斯拉CEO马斯克表示,采用了石墨烯的特斯拉汽车,很快能行驶805公里,相比目前电池能量密度增长近70%;西班牙科尔瓦多大学表示研究出首例石墨烯聚合材料电池,可使得电动车最多能行驶1000公里,而其充电时间不到8分钟。充电一次可以跑500-600公里。

如果石墨烯在储能领域发挥这么大的作用,则困扰电动车的诸多瓶颈一举突破,新能源时代触手可及,将大大改写目前的能源格局,其重要性怎么强调都不为过。资本市场闻风而动,各种概念股漫天飞舞。但是,围绕这一点,争议尤为激烈。很多专业人士斥石墨烯为概念炒作,认为至少在目前,石墨烯所能发挥的作用被远远地夸大,尤其它在储能领域的作用微乎其微。

不过争议不妨碍对石墨烯的巨资投入,2013年欧盟委员会拿出10亿欧元研究石墨,英国已投入1.21亿英镑资助曼彻斯特大学研究石墨烯,韩国知识经济部将向石墨烯领域提供2.5亿美元的资助。在中国更是热得发烫,重庆、江苏常州、浙江宁波已经出现了规模庞大的产业园区。2012年,工信部在新材料“十二五”规划中将石墨烯列入前沿材料目录。国家自然科学基金委在2007-2013年期间资助了1096项与石墨烯有关的基础研究计划。科技部围绕石墨烯的制备、工艺、材料等方向支持了一批重大专项和科技支撑计划项目。

高难度的制造工艺

各方重金投入,除了看好其前景,也因为石墨烯是个烧钱的难题。在讨论石墨烯如何应用于电池之前,获得合格石墨烯产品是第一关。石墨烯的独特结构是把双刃剑,给它带来优异特性的同时,为其产业化带来了很多很多难点,为下游产品的制造增加了难度。

二维材料之前从来没有获得过,石墨烯只是科学家的一个假想,但在2004年,这个假想由英国曼彻斯特大学物理学家安德烈˙海姆和康斯坦丁˙诺沃肖洛夫实现,他们从石墨中分离出石墨烯,两人也因此获得2010年诺贝尔物理学奖,后来曼彻斯特大学的石墨烯研究项目获得了英国大笔资助。

他们的制造方法很巧妙,由于石墨的层状结构,每个原子层之间的结合力相对微弱。若两块石墨相互摩擦,就会有一片石墨(包含很多层)被整体剥离。这个特性给了科学家们灵感,他们想到用“透明胶法”制造二维的石墨烯:如果用足够强力的透明胶粘住石墨层的两个面,然后撕开,使之分为两片,较其本体就薄了很多,然后不断重复如上剥离,直到获得只有一层原子厚的石墨烯。这是个复杂工程,因为1毫米厚的石墨薄片能剥离出300万层石墨烯。

在现实操作中,他们用了光束、电子束和原子力显微镜等设备来操作,远非描述的这样简单。这一技术几乎对具有片层状结构的材料都一样适用,他们还成功剥离了氮化硼和几种二硫化物的二维晶体。

“这种方法能获得目前最好的产品,但这种方法的难度太大,成本太高,限制了其批量制造的前景。”中科院上海微系统所(下称中微所)的姜达研究员对《东方早报˙上海经济评论》记者说,他的小组正在从事石墨烯的基础研究。记者在其实验室对他进行了采访,姜达用电子显微镜展示了他们获得的石墨烯,显微镜下,石墨烯的结构隐约可见。

2014年12月姜达所在小组关于石墨烯超导的论文发表在Nature的子刊上,2015年3月12日,同一部门的唐述杰等人,在国际上首次通过引入气态催化剂的方法实现石墨烯单晶在六角氮化硼表面的高取向快速生长。

据姜达介绍,“剥离获得的石墨烯的质量是最好的,但只能获得非常小的一块,所以在产业化中很难实现。不过,通过这种办法获得的石墨烯对于实验室中基础研究是非常好的材料,石墨烯在常温下的超高导电率,使得电子的传输及对外场的反应都超级迅速,几乎达到了人们梦寐以求的境界。具体在物理性质上,即便很小一块也对科研的帮助非常大,因为以往超导现象是在极低温下才能显现,石墨烯却能在高于液氮的温度下实现超导。”

一个原子厚的二维材料可以在实验室获得,但在生产线上批量获得,即便有办法,其成本也增加很多。而且在生产中,获得的是单层和多层混合的产品,所以目前有很多机构和研究者,把几个原子层厚但低于5层的薄膜材料也称为二维材料。这一点存在争议,苏州第一元素纳米科技公司的董事长董明,在法国波尔多获得材料博士学位,美国佐治亚理工学院的博士后,长期从事纳米材料研究,在他看来,只要没有做到单层碳原子层,就不能称其为石墨烯,“单层和多层产品的化学结构都不对,那它的性质也就有很大差异,怎么能都叫石墨烯呢。不能因为做不出来产品,就修改产品概念,那单层和多层干脆就是两样东西。单层碳原子是以碳碳双键结合,多层就是石墨鳞片了。”

目前已经有大量的企业在产业化开始了尝试。重庆墨希科技有限公司,在2013年达到年产100万片石墨烯薄膜。中国最大的石墨烯粉体生产线在常州第六元素材料科技股份有限公司投产。2014年,常州二维碳素科技有限公司的石墨烯薄膜生产线,达到10亿平方米的产能。

姜达对目前石墨烯的产业化谨慎乐观,“在我看来,国内石墨烯领先的研究机构主要是清华和中科院,比如中科院宁波所、中科院金属所等。做得较好的企业基本都是和这几家科研机构有合作。如宁波墨西科技、常州的第六元素、二维碳素等。这都是热门公司,而且韩国、美国的大企业也在积极介入,但石墨烯的大规模生产不是一两年可以看到的,同样是碳族材料的碳纳米管,1990年代初就被发现了,但是到现在也没有像样的东西出来,已经慢慢被人遗忘了。乐观点讲,如果能解决材料质量和成本,石墨烯离成功是不太远。不过还是要保持清醒,石墨烯虽然在实验室能取得很好的结果,但现在下游产品开发不太顺利,在微电子方面的应用也没有成型的产品。如果下游材料没有开发好,只要换一个材料,最终的产品线就要随之改变很大。现在需要很多人去做下游产品的开拓。”

董明对石墨烯的产业化成果持批评态度,“有的公司宣称生产了几百吨,但我没有看到一家真正拿出达标的产品。”

目前在江浙有一大批民营企业进入石墨烯行业,据浙江大学教授、浙江纳米材料开发应用协会秘书长关君正介绍,“目前产业上较为主流的做法是CVD化学沉降法和氧化还原法,其他方法不如这两种。这两种方法最有前途。但现在有很大的难题,由CVD法获得的石墨烯不是一层原子,有好几层,目前很多企业和机构在集中攻关,如果这个问题不解决,石墨烯的质量很差;而石墨烯氧化还原法相对容易一点,但污染很大,而且层数也不可控,同时,做出来的产品会在当中出现缺口,像渔网一样有一些空格。”

姜达的同事,中微系统所的研究员丁古巧从事石墨烯的产业化已经近三年了,主要从事石墨烯粉体的产业化研究。目前丁古巧兼任上海新池能源科技有限公司的技术总监,在他看来,石墨烯产业的下游应用还是处于前期,只能做一些小应用,如生产羽毛球球拍之类的应用,市场很小。

“我们已经做了三年,2014年之前,我们只做原材料,后来正泰电器入股,现在我们自己做超级电容、电池的应用。然后和下游企业合作,我们现在已经开始做电子产品上的应用。”

丁古巧透露,新池能源由正泰电器、中微所以及丁古巧团队三方组建,“出资方对未来三年的投入比较明确。”

2014年12月浙江正泰电器股份有限公司公告称,“出资1012.5万元购买上海新池能源科技有限公司80%股权。新池能源主要从事石墨烯粉体的研发、生产、销售和服务。”

对于如何判断哪家企业是真的在做石墨烯,丁古巧的标准很简单,“如果企业不能参与市场竞争,不拿出产品,那就是骗人,他们的项目就有很大风险。”

金路集团是一家折戟石墨烯的上市企业,2014年12月22日,金路集团发布公告,将其与中科院金属研究所合作的石墨烯项目相关知识产权和技术成果以1848万元的价格转让,引发了几十名股民诉讼,持有金路集团的股民认为,金路集团此举存在利益输送嫌疑。在此之前,金属所在石墨烯领域是较早着手的院所,实力一直为外界所看好。而金路集团的股价也一路看涨,从2014年年初的4.86元,到2014年年中涨到8.25元。因而在金路集团突然宣布放弃石墨烯项目,自然引发反弹。

而金路集团董秘刘邦洪则诉苦,“对于石墨烯这个行业,股民没有我们接触得深。烯碳公司2014年全年销售还不够一个人工资,实验室的技术走到产业化还有很长的路,有很大的不确定性。很多机构都没有到现场去看,到现场看了有很大的差异。”

目前石墨烯粉体材料已经能够在市场上销售,它被应用于涂料添加、防腐涂料。但董明觉得这些应用和人们初期对石墨烯的高期望值相背离,“涂料是低端应用,市场不大,即便如此它还是目前仅有的几个可以推向市场的应用。而之前石墨烯讲的都是高大上的故事。要是真有成果,应该会出来一个大企业把整个行业垄断了。但现在只是大家看到了一个苗头,有这个方向,很多人是跟着起哄的。”

虽然目前的粉体类的应用比较基础,但对于石墨烯企业意义重大,毕竟能够产生现金流。常州第六元素材料科技股份有限公司(下称第六元素)是较早进行产业化生产的企业,其首席科学家朱彦武向记者介绍了第六元素的策略,“比较科学的路径肯定先按市场需要来,先做相对明确和容易实现的,要先有造血功能。”

朱彦武目前是中国科技大学材料科学与工程系的教授,曾经在美国得州大学奥斯丁分校进行博士后研究,师从全球石墨烯领域领军人物Rodney S Ruoff教授,Ruoff教授在金刚石、富勒烯、纳米碳管和石墨烯领域成果丰硕。

朱彦武称,第六元素已经和Ruoff教授达成协议,Ruoff教授将和第六元素做一些紧密合作。

以上各种纷繁复杂的研发模式中,比较引人注目的是科学家们以院所为基地,再和企业进行股份合作,甚至也有院所的科研团队和风投直接合作。这显然异于早先科学家完全离开院所下海创业的模式,大大降低了创业难度。

走入市场的石墨烯

石墨烯目前最接近量产且“高大上”的应用是电子触摸屏,电子触摸屏由上下两片石墨烯透明电极和中间规则排列的大量微小的绝缘体组成。手指压按触摸屏时,上下两片石墨烯扭接触到一起,产生电信号,手指离开,两片石墨烯自动分离。对这些电信号进行数据处理实现触屏操作。2010年,韩国三星公司和成均馆大学在研究一个63厘米宽的纯石墨烯,并用该石墨烯制造了柔性触摸屏。

采用这项技术的手机具有更好的触控性能、更长的待机时间以及更优的导热性能。这也是一项很有难度应用,对此姜达解释称,“在石墨烯材料制备出来后转移到透明玻璃上,成为电极,由于石墨烯很薄,这个工艺很复杂,如果不太在意成本是可以做出来的,但要大规模推向市场,成本可能还是最主要的障碍。”

中国企业在这方面也有所表现,两个地方政府主推的石墨烯园区表现不俗。3月2日,重庆墨希科技有限公司(下称重庆墨希)与嘉乐派(影驰)科技有限公司发布了石墨烯手机,重庆市长黄奇帆出席发布仪式。该手机采用5.5英寸石墨烯触控屏,售价为2499元,仅售3万部,购买需要事先预订。嘉乐派是家电脑显卡制造商。据重庆墨希宣称,它们的石墨烯薄膜生产成本已从1000元人民币/平方米下降至100元人民币/平方米。

据公开资料,重庆墨希由上海南江(集团)有限公司与中科院重庆绿色智能技术研究院共同出资成立。

关君正认为,重庆墨希是国内较有实力的石墨烯制造企业,排名应该为国内前三。这一说法也得到丁古巧的证实,“中科院重庆研究所可以做到大尺寸石墨烯。目前中科院重庆研究院已经制备出国内首片15英寸的单层石墨烯,达到了国内最高水平之列。国内目前领先的公司有常州第六元素、宁波墨西科技、常州二维碳素,无锡格非等企业。”

朱彦武称,第六元素也已经开始做手机的薄膜屏,“现在可以满足曲面设备和柔性手机的要求,屏幕的大小不受限制了,4英寸、7英寸都可以做,要根据不同的订单来切,整个膜可以做到A4纸那么大,若有需要还可以做更大。”至于价格,朱彦武表示,根据不同需要,在面膜上加了电路、模组,具体价格各异。

重庆是石墨产业重镇,其石墨烯产业已完成基础薄膜材料、智能终端产业链等项目布局。在重庆石墨烯产业园,已有多家涉及智能终端、显示触控、锂电池、合金材料的企业落户。黄奇帆在2014年曾称,到2020年,重庆将实现新材料产业产值达到1000亿元人民币以上规模。

中科院重庆绿色智能技术研究院称,下一步重点瞄准人体健康监测、可穿戴式智能设备、智能传感设备、石墨烯柔性传感器等。

江苏常州是另外一大石墨烯重镇,3月13日,常州国家石墨烯新材料高新技术产业化基地正式获批并落户常州西太湖科技产业园。这是全国首个“国字号”石墨烯产业化基地。园区内已有石墨烯相关企业25家,初步形成石墨烯产业集群。西太湖科技产业园所处的武进区,已累计投资石墨烯相关平台载体及产业化服务设施建设超过20亿元。

其中的江苏二维碳素与上海中微所有很多交流,据丁古巧介绍,该公司去年卖出了价值千万的石墨烯膜材料,可以用到腕表等智能可穿戴设备上,“柔性材料国外已经做得很好了,国内也已经有很好的进展,陆续有产品出来。内部消息已经拿到了很大订单,产品线已经有一些了。”

相较于江、浙、重庆地方政府的大手笔投入,上海在石墨烯方面显得较为冷静,丁古巧笑着说,“没有办法,上海的院所太多,人才太多,大家都有实力,哪个学科都重要,也有很多有潜力的项目,政府该重点支持哪个?所以上海的态度不像其他地方那么激进,对重点项目有必要的支持,但不会像外地那样压上很多资源。像宁波就那么几个团队,只要政府支持,一下就可以投入上亿,那就很厉害了。”但丁古巧对一些跟风企业的未来不看好,“太多企业盲目跟风了,很多民营企业不懂,一下投入几亿,但短期无法见效,这时候钱投太多反而成为压力,资金成本太高,可能会遇到问题。今年肯定要死掉一大批企业,但总有一些可以出来。目前粉体类的产业化比较顺利,很多公司已经开始卖粉体赚钱了。”在中微所的陈列室里摆放着一瓶瓶石墨烯黑色粉末,拿在手中轻如无物。据介绍,这么一大瓶粉体只有几克。

此外,据董明介绍,中航集团的材料研究所的石墨烯研究成绩不俗,“他们的单层石墨烯拿到了大直径的膜,是用合成的手段做出来的。”

2013年2月21日《中国航空报》中航工业航材院宣布,已突破制备大尺寸、高质量石墨烯薄膜的技术难题,掌握了衬底材料表面晶粒定向受控生长和化学气相沉积(CVD)反应气体分压配比等关键专利技术,在铜箔表面制备出超过12英寸的石墨烯薄膜;更大尺寸的石墨烯薄膜制备技术也已突破,近期将批量生产,使大尺寸、高质量石墨烯薄膜的工程化制备成为现实,标志着石墨烯制备进入了“膜时代”。

4年前从美国归国的燕绍九博士是中航工业航材院石墨烯及应用研究中心核心成员,他在石墨烯增强金属纳米复合材料的研究被中航集团誉为“中国发明、世界领先”,而广为宣传。记者对航材院石墨烯团队进行了采访,据他们介绍,中航院解决了反应源气体与载气分压配比、CVD反应室炉温均匀性、转移介质和载体匹配性、目标物与石墨烯薄膜兼容性等四大难题。并能在使用石墨烯膜时保证其完整性、洁净度和其他产品性能。对石墨烯薄膜层数进行单层、多层或混合层的结构控制,实现了大尺寸、高质量石墨烯薄膜批量化生产。目前他们的石墨烯薄膜产能每天可达数百片。“在2015年1月28日召开的基础院2015年度工作会上,石墨烯制备与应用研究团队荣获基础院2014年度‘科技创新奖’。”

石墨烯电池鸡肋之争

相对于石墨烯手机屏幕和粉体材料,石墨烯在锂电池领域才是有终极幻想的重量级应用,也是股市重度炒作的概念,但同时也是目前更具争议的话题。丁古巧认为,“这个行业要想做大,还是要做有高附加值的产品,石墨烯的重量级应用是锂离子电池和超级电容,因为电池采购商可以容忍较高的价格,市场容量也大。在这里才可以有大市场。”

不过,对于西班牙科尔瓦多大学宣称的成果,丁古巧态度谨慎,“那只是实验推算,真正要做到这一点有很大的难度。”

但他还是看好石墨烯在锂电池应用方面的前景“特斯拉的表态很重要,他们已经拿到了实物,能跑400-500公里,当然量产的结果不好说。但这是很重要的标志性事件。毕竟特斯拉是有世界性影响力的企业”。

在锂电池复合材料方面,丁古巧透露宁波墨西科技有限公司的投入很大,有一定进展,“他们是由中科院出来的一拨人创立的。但下游产品开发的门槛较高,我们也开始了电池方面的材料研发,已经有原材料给下游的企业使用了,效果还不错。”

记者采访了一家为比亚迪和其他电池制造商供应石墨烯材料公司的李姓负责人,他对记者称,目前石墨烯在锂电池的应用只有百分之零点几的添加剂,石墨烯要想成为主流材料是有一些可能,但目前没有一家企业能真正有产品推出来。即便如此,就有很多公司敢说自己在做石墨烯电池。他的公司有一些产品已经进入中试阶段,但他并不悲观,“估计今年开始石墨烯产品会进入走量阶段。”

为弄清楚动力电池新材料研究的热点,记者采访了汽车技术供应商巨头博世中国技术与研究中心的高级经理张敬君博士,他目前负责博世中国的新能源电池研究,他说:“目前动力电池的正极材料的热点聚焦于磷酸铁锂、三元材料、NCA(超级电池)。其中磷酸铁锂不导电,只有把石墨烯做成纳米材料包到磷酸铁锂上才可以导电,才能有很好的功率。同时想办法增加电池的导电率,充放电较快。但是这个方案有技术难点,石墨烯要包得很好,使用的材料要少,还要使电池有更大的容量。”

张敬君认为,目前主流的三元材料电池主要的努力方向是降低钴的含量,因为钴很贵。现在已经有很大的进展,起初,三元电池中锂、钴、镍三者之比为1:1:1,后来这个比例是5:2:3,到现在做得最好的能达到8:1:1。锂电池负极材料的研究热点是硅材料如何替代石墨,这样可以获得很高的容量,理论上可以达到现在电池容量的10倍左右,但目前实际上只有2倍左右,而且大部分和硅与石墨在一起混用。

在张敬君看来,目前石墨烯对动力电池的贡献不足,只能用作导电添加剂,原来导电添加剂需要电池总重量的2%左右,现在只需要0.5%的石墨就可以了,而且充电速率也更快。但用量实在太少。

“不管三元材料还是磷酸铁锂把石墨烯包上去都不好操作。石墨烯在其他地方可能会有突破,但是在锂电池上的应用,我觉得前途不大,因为石墨烯是不能储锂电子,或说储存得很少。”

对于特斯拉或西班牙高校的研究成果的传闻,张敬君认为石墨烯在超级电容器上应用是可以的,但容量密度没有宣称的那么大,可以使得电池的功率很大。不要锂离子进入材料内部,只要吸附在材料表面就可以,所以石墨烯在电容器上应用是可以的,充放点的速率较高。

在他看来,用了碳纳米管或石墨烯,加快电池放电速度不难实现,但是充电有问题,石墨本身性质限制了锂离子,添加了电子导体,并没有锂离子,不能明显改善碳负极的效果,但是能增加导热性能,有可能让热传导编号,降低电池充电温升有帮助,要改善充电还要对电池负极也做出改变,仅仅添加导电材料不行。

对于西班牙高校获得的高速充电的成果,董明则从电站符合承载的角度认为难以成为现实应用,他做了一道简单电站充放的推算,“如果按其宣称,充一次电跑1000公里,在车的轻量化做得不错的前提下,需要消耗150度电,也就是150千瓦小时,假如充电效率是100%,如果用六七分钟充满,就要大约1500千伏安的充电机组,如果在上海有很多辆车同时充电,上海的电网就瘫痪了。”

对于石墨烯对提升锂电池导电率,董明认为在原理层面有说不通的地方,“电池的导电速度是锂离子决定的,如果想快充电,需要把锂离子电导率和石墨电子电导率同时提高,如果添加石墨烯增加了电子电导率,但是没有增加锂离子的电导率,快充是不可能实现的。电子和锂离子的传导率要相平衡,如果电子跑得快,锂离子跑得慢就比较安全,要是反过来,就有安全隐患,会造成电极短路。所以说电池非常复杂,要相互匹配,不是说仅仅加一点石墨烯就能让电池性能大大提高。”

董明称:“石墨烯在电池里的用量不过总重量的2%,这个量不能让任何一家企业吃饱饭。我一直关注导电添加剂,经过我的调研,三五年内,它只能是个故事,我觉得碳管还是更有利一些,因为日本的碳纳米管在电池上的应用是每年百吨、千吨级别的,碳纳米管在国内也有几十吨级别的应用。另外成本相对较低,价格较低,很多企业是用得起的,也有一定效果,也不限于电池,在橡胶、陶瓷、合金等材料都有应用。”

记者最后采访了在韩国的Ruoff教授,对于产业化以及关于特斯拉等问题,这位石墨烯领军人物没有正面回答,不过他的表态值得玩味,他表示他看好石墨烯在油墨、石墨烯填充的聚合物、透明导电薄膜,类似塑料电子的导电基板,以及其他一些高强度的应用,并未提及石墨烯在锂电池方面的应用前景。他还表示,许多科学家都在石墨烯薄片,氧化石墨烯薄片,还原石墨烯薄片和其他化学改性石墨烯薄片在不同有机溶剂中的分散液制备方面取得了进展。

同时记者联系上了正跟随Ruoff教授做博士后研究的中国留学生张旭,据他介绍,在Ruoff教授的指导下,他们开始尝试合成出没有报道过的碳材料,完全新的碳结构,也就是说已经不是石墨烯了。“但Ruoff教授还是很关注石墨烯,我们的合成经常要从石墨烯出发。”

谁能赢

对于中国企业在电池新材料方面的研发能力,张敬君表示看好,“中国的企业和机构的电池材料的研究和海外相比较,不太落后,海外一旦有新东西做出来,国内的企业或机构会很快也做出来,可以做到技术跟随。”

他承认这方面的研究美国是最强的,国内企业没有太充裕的资本和精力去做研究,反而高校有很多钱做材料研究,但做的成果是为了发文章,要是院所高校由企业去牵引,那效果就大不一样了。

美国石墨烯研发力量之强,从记者所接触的几家较为突出的中国企业的科研带头人就可见端倪,大多数企业的领军人物都是美国海归,而且美国的石墨烯顶级科学家层出不穷,最近在网上遭到热炒的浙大最年轻“博导”陆盈盈也是在美国康奈尔大学从事石墨烯相关研究。

和韩国相比,中国的石墨烯研究也不占上风,张旭分析称,“韩国有一些顶级的原创工作,发表在《Nature》或者《Science》上,而我们似乎缺乏。中韩差距不算太大,差距主要还是来自于实验思路。”

从统计数据看,韩国在石墨烯研究处于世界相对领先地位。据统计,2004-2010年间,在石墨烯研究领域,韩国发表的学术论文数占总论文数的4.3%,仅次于美国、欧盟、中国和日本。一些代表性工作,例如利用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition, CVD) 在金属镍基底上生长薄层石墨烯,具有世界级的影响力。2014年,来自韩国三星先进技术研究院及成均馆大学的科学家在沉积锗的单晶硅基板上生长出超大尺寸、无缺陷的单层单晶石墨烯,在石墨烯的国际专利申请方面,韩国的产出更为可观。申请专利数排名前十的机构中,有三家来自韩国,其中三星公司的专利数排名世界第一。申请专利数排名前十的科学家中,有七名来自韩国。韩国在石墨烯领域的领先地位是与国家级的战略支持和以三星电子为代表的企业界的大力配合是分不开的。

相较于中国石墨烯中小企业无序群起,韩国政府制定了详细发展规划,由大公司负责实施。他们重点推动石墨烯在触摸面板、有机发光二极管、电致变色智能窗、电动汽车二次电池、高压大功率超级电容器、超轻强复合材料、高性能阻气膜、电磁波屏蔽、环保型抗氧化钢板等9大领域的应用。韩国政府为抢占石墨烯制高点,设立IBS(Institute for Basic Science,基础科学院),是韩国旨在发展基础科学成立的类似德国马克斯-普朗克研究所的机构。

韩国石墨烯的发展进程中,Philip Kim是起到重要启示作用的关键人物,Philip Kim从首尔大学毕业后在哈佛大学获得博士学位。现在为美国哥伦比亚大学教授,2005年,他在《Nature》上发表了一篇关于石墨烯的论文,其成果只比获得诺奖的英国团队落后几个月。张旭认为这对韩国的石墨烯发展的影响,如同日本人饭岛澄男最先发现碳纳米管(此说有争议)对日本纳米管发展的影响,后来日本人在碳纳米管方面做了很多领先工作。

朱彦武也认可此说,“韩国大公司在这方面的积累很深厚,他们的专利布局非常早,力量更雄厚,他们是国家战略整体布局。”而且朱彦武认为,在动力电池材料的竞争中,石墨烯的应用充满了不确定性,锂电池的正极材料还有很多选择,现在除非有全新的技术,把石墨烯用作电池的主要材料,否则它一直是添加剂。

在这场重要而又充满悬念的竞赛中,谁最终能抢得先机,一直作为追随者的中国,会不会迷失在那些不确定性中。悬念似乎还在,不过谁是石墨烯角力的最终赢家,华为任正非有这样的论述:“我认为这个时代将来最大的颠覆,是石墨烯时代颠覆硅时代,但是颠覆需要有继承性发展,在硅时代的成功佼佼者最有希望成为石墨烯时代中的佼佼者。因为现在芯片有极限宽度,硅的极限是七纳米,已经临近边界了,石墨已经是技术革命前沿边了。但边沿机会还是硅时代的领先公司。不可能完全凭空出来一个小公司,然后就领导了时代脉搏,而且石墨烯这个新技术在世界上的发展也不是小公司能做到的。”

本文来自OFweek,本文观点不代表石墨烯网立场,转载请联系原作者。

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