石墨烯产业化还有哪些难关待突破?

在政策的引导和扶持下,中国石墨烯产业化加速前进。但我们也看到,目前中国石墨烯产业在高速发展的同时,存在着不可忽视的问题,这也阻碍了其产业化进程,陷入泡沫化、低端化、应用乏力等困境。

被誉为“新材料之王”的石墨烯,因其强度高、韧性强、透光率高、重量轻、导电佳、导热好的优异特性、极具吸引力的应用前景以及各国政府的大力支持,使得国内外产学研界和资本为之欢呼和疯狂。在政策的引导和扶持下,中国石墨烯产业化加速前进。但我们也看到,目前中国石墨烯产业在高速发展的同时,存在着不可忽视的问题,这也阻碍了其产业化进程,陷入泡沫化、低端化、应用乏力等困境。

石墨烯产业化还有哪些难关待突破?

从政策角度看,当前已有不少国家和地区已经制订了不同的石墨烯技术应用路线图。如欧盟石墨烯旗舰计划技术路线图、韩国石墨烯产业市场路线图等,都在为该产业发展指明方向,制定技术发展路径。

石墨烯产业化还有哪些难关待突破?

我国也对石墨烯产业发展提供了强大的政策支持。无论是去年国务院发布的《中国制造2025》、《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》,还是今年的《国家创新驱动发展战略纲要》以及《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》,都反复强调了石墨烯在战略前沿材料中的关键地位,提出应在2020年形成完善的石墨烯产业体系,并预计到2025年其产业规模突破千亿元。

在政策的引导和扶持下,中国石墨烯产业化加速前进。但我们也看到,目前中国石墨烯产业在高速发展的同时,存在着不可忽视的问题,这也阻碍了其产业化进程,陷入泡沫化、低端化、应用乏力等困境。

资本热炒概念

近年来,石墨烯被炒得火热,产业持续升温,各路资本纷纷涌入。在经历了2014年至2016年的高速发展后,石墨烯联盟初步统计,截至2016年8月底,从事石墨烯研发、生产、应用等相关企业数量超过400家,约占全球石墨烯企业数量的3/4,主要集中在长三角、珠三角和京津冀鲁区域。

石墨烯产业化还有哪些难关待突破?

中国碳谷科技集团首席专家戴加龙说,“现在,社会上炒作石墨烯概念非常严重,其噱头意义远大于实用价值。企业做研发、做产品、做市场,都得诚信。做到哪一步就说到哪一步,取得什么成果就介绍什么成果,‘放卫星’——不切实际的虚报浮夸,不仅不能给石墨烯增光添彩,反而会给石墨烯抹黑。对石墨烯的发展来说,‘放卫星’究竟是帮忙还是添乱、是补台还是拆台,结论应该是不言而喻的。现在业界对石墨烯的概念大多停留在理论上,实际上在真实应用中石墨烯应该理解为:纳米+二维材料+石墨烯自身的性能。”

华为董事长任正非曾罕见地接受媒体群访,在数千字的专访中,只有25个字谈及石墨烯,“石墨烯将颠覆硅时代”转瞬就被炒作为领袖人物传递的投资信号。一则《中国石墨资源20年内将耗尽,或成下一个稀土》报道,也让石墨烯再次被资本市场热捧。与石墨烯关系不大的石墨矿藏转眼间套上了稀缺资源的属性。

“人们能够轻易从讲故事中获得财富,谁还会投资企业。”资本对于石墨烯概念的炒作,不仅脱离了产业实际,甚至出现了伪科学倾向,尤其是“石墨烯的发展将依托于石墨资源”的说法让业内人士倍感荒诞。

二维碳素科技公司总裁金虎表示,石墨烯是一种功能型材料,对工艺、设备要求很高,对资源消耗很少。虽然石墨烯最早是从石墨中发现的,但是产业化制备石墨烯薄膜主要是以甲烷、乙炔等含碳气体为原料,目前石墨烯薄膜生产与石墨半点关系也没有。

而石墨烯粉体虽然由石墨生产,但是对资源的耗费量很少。目前全球生产石墨烯所需的石墨只有1000~2000吨。即使未来石墨烯得到广泛应用,生产规模扩大100倍,一个普通年产10万吨的石墨矿就足以满足全世界用量。更关键的是,在石墨烯粉体的生产中,石墨所占成本不到1%,完全可以采用人工石墨替代。

“资本市场将石墨烯的产业稀缺性和资源稀缺性进行混淆是完全的误导。”金虎苦笑。除了石墨烯和石墨混淆外,针对石墨烯材料的误解比比皆是。

总体来说,石墨烯产业面临的产业发展环境是冷热不均。学术界、资本界、媒体的热与产业界的冷。资本市场的热度持续高涨,不少上市公司、投资机构涉足石墨烯概念股,赛富基金、经纬中国等风投机构积极投资石墨烯研发中试和产业化。政府招商的热与落地配套政策的冷。目前很多地方政府对石墨烯项目和产业的发展兴趣很高,招商不遗余力,出手大方。但是,石墨烯产业存在的很多问题是系统性问题,仅仅靠资金和创业团队不能得到很好解决,石墨烯产业的环评、安全生产资质、废料处理等方面没有配套政策跟进。中国群众式的热和发达国家注重长远的冷。我国的石墨烯研究基本上属于自发性的群众运动模式,一大堆人抢一块很小的蛋糕,投入非常分散,缺少国家层面的全局性规划,很难布局长远的目标。而欧洲、美国、日本、韩国等许多国家和地区都进行了一系列相关研究,支持了许多项目,对推动产业发展做出了战略部署。如欧盟就选定了石墨烯旗舰研究项目作为首批技术旗舰项目之一。

尽管石墨烯极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命,但当前石墨烯制备技术还不成熟,缺乏技术标准,处于产业化突破前期,需要警惕过度的资本炒作会给产业带来虚假繁荣的泡沫。

应用技术薄弱

石墨烯从2004年发现至今,其产业化实现了快速发展,但仍处于初步发展阶段,关键在于石墨烯整个产业链到目前为止仍未实现贯通和整合。主要受限于石墨烯制法、转移技术、打通下游应用等问题,要真正实现石墨烯的产业化,必须在这些方面取得进一步的突破。

石墨烯产业化还有哪些难关待突破?

对于国外发达国家来说,石墨烯产业主要处于拓展应用领域的研究阶段,各大企业争相在未来大规模应用前布局专利核心技术。以韩国为例,由于石墨烯在三星的主营业务领域均有着重大的应用前景,因此对于石墨烯的研究应用极为重视,不仅成立了自己的研发中心,还和韩国成均馆大学合作,积累了大批石墨烯相关的技术专利。

而在美国拥有IBM、英特尔、波音等大公司,有利的创业环境催生了众多小型石墨烯企业,形成了较为完整的产业链,覆盖从制备及应用研究到石墨烯产品生产,直至下游应用全环节,加速了石墨烯的产业化和应用进程,产业布局呈多元化。

与海外三星、IBM、诺基亚、英特尔、波音、陶氏化学等大公司推动产业化应用不同,中国的石墨烯研发多集中于中小型公司,实力雄厚的大型企业较少参与。

石墨烯产业化还有哪些难关待突破?

在我国,石墨烯研究主要靠大学等科研单位推进,重科研轻应用,这样容易导致石墨烯科研成果与未来市场需求脱节,对石墨烯产业化应用十分不利。从科研角度看,中国的石墨烯研究处于世界领先位置。根据中华人民共和国知识产权局、Wind数据库资料,2015年中国专利申请数量达7925个,居全球第一。而从专利布局来看,企业和学校总占比达80%以上,公司占比远远低于学校,产业化进程提速有限。

我国虽然科研人员和成果数量大,但高精尖的原始科研成果还较少,大多采用跟踪研究的方法,重大创新还比较少,研究成果还主要集中在基础研究领域,高端应用技术还相对薄弱。

清华大学深圳研究生院院长、碳材料专家康飞宇曾公开表示,我国虽然在石墨烯论文发表量上位居全球首位,但不少科研院所并不知道产业界到底要什么,科研和应用脱节问题突出。

石墨烯产业化还有哪些难关待突破?

目前我国约有400多家经营石墨烯业务的企业,将石墨烯作为主营业务的约70家,多呈小型、初创等特点。按经营业务划分,还可进一步分为石墨烯粉体企业和石墨烯薄膜企业,前者数量约50家,后者约10家。

我国企业通常重视短期发展急于变现,对研发的投入也不够。据了解,国内的石墨烯产品多为针对两三年以内可以形成产业的应用。例如将石墨烯添加到现有材料里提升其性能。石墨烯的高端应用需要大量资金投入,而且风险很高,五年后才可能形成产业应用,国内民营企业很难有实力去进行布局。

所谓“高端应用”,是指具有高技术含量、高附加值的应用。石墨烯极高的导热性、导电性、比表面积等优良特性,使其成为储能、电子、光电器件的首选材料,这些也是石墨烯最有可能发挥决定性作用,成为不可替代的“超级材料”的应用场景。

2014年,全球芯片制造巨头美国IBM公司推出了世界首个多级石墨烯射频接收器,是迄今为止最先进的全功能石墨烯芯片,其传输速度是硅制芯片的千倍;同年7月,IBM宣布将在未来五年内,对石墨烯碳芯片技术投资30亿美元的研发资金。

石墨烯产业化还有哪些难关待突破?

此外,韩国三星、LG集团近年也在柔性显示器、触控屏等领域与高校合作研发出了成果,相较于目前市场上最成熟的透明导电薄膜材料氧化铟锡(ITO),石墨烯的成本更低,柔韧性更佳,在柔性电子器件及可穿戴设备等应用十分具有发展潜力。

更为值得关注的是,应用技术突破难导致产业链下游尚未形成,很多宣称能够生产上百吨石墨烯的公司,空有产能,却很难卖出产品。例如常州第六元素材料科技股份有限公司2013年11月,一条年产100吨氧化石墨(烯)的自动化生产线宣布投产,并预计2016年可年产1000吨粉体石墨烯,销售收入超过6亿元。

但根据2016年年中业绩报告,2016年上半年净利润为-1367.27万元,比去年同期下降38.83%。石墨烯粉体收入增加约122.71万元,触摸传感器收入增加了322.77万元,虽然产品下游市场应用逐步打开,但销售远不及预期。而常州二维碳素材料有净利润-521.4万元,青岛华高墨烯明细利润-283.8万元。

虽然从2015年开始下游厂商对于石墨烯的应用积极性大幅提升,但目前市场上大部分下游企业家对于石墨烯还停留在概念上,并不清楚怎么使用。不少企业购进石墨烯材料等相关产品后,不针对产品特性进行加工工艺的改变。在这种情况下,石墨烯材料即使品质再高,也难以发挥其优越性,造成“材料好、用不好”的现象屡屡出现。

此外,从新材料到新产品转变的周期较长,下游企业必须确保添加石墨烯材料的产品具有稳定性。拿电池生产企业举例,一批产品约需3个月出试验结果,同款产品要做5~6批稳定性试验才能确定其稳定性,决定是否导入。

此外,一些企业粗制滥造生产的东西没有人要,到处忽悠,使得市场对石墨烯的认知模糊,而当不成熟的产品盲目投放到市场,会带有很大潜在风险,以电池生产为例,使用安全性究竟如何仍需要不断测试。

只有得到下游应用需求的支撑,石墨烯产业才能真正散发出生命力和可持续性。下游应用反馈到科研方面,下游应用商到底需要什么性能的产品,能够接受的价格是怎样,想要应用于哪些领域,科研机构才能更具针对性地进行研发。

在中国“企业+研发机构+孵化器+加速器”的发展模式尚在摸索起步阶段,石墨烯产业化技术路线和产业化路线及产业发展的阶段目标、重点任务、重大工程等仍需要进一步明确和真正落实。

政府应该对重大高新技术项目给与更优惠的政策,激发企业推动科技创新的动力。同时,企业应该与高校等科研机构合作,共同推动技术发展,共同享受技术进步的成果。

在9月22日-24日举办的2016中国国际石墨烯创新大会上,工信部材料司巡视员吕桂新透露,下一步工信部将会同有关部门积极引导和扶持石墨烯产业发展,集中力量重点突破一批重点和应用的关键技术,重点突破石墨烯材料的标准化和低成本化,采取一条龙的模式将材料生产、应用开发、终端应用等环节串起来,积极推动石墨烯材料示范应用,构建应用产业链,加强石墨烯标准体系建设,搭建产业创新平台。

低端产品盛行

石墨烯产业化还有哪些难关待突破?

在今年的2016中国国际石墨烯创新大会上,大会展出的众多品类的石墨烯应用创新产品琳琅满目。除了多种石墨烯原材料外,还有很多新奇的石墨烯产品:有枕头、电热毯等床上用品,有护肩、护膝、护腰等健康产品,有内衣、袜子等服装产品,有散热器、充电宝等电子电器产品,还有轮胎等汽车产品。

石墨烯的发现者安德烈·海姆曾公开表示,中国石墨烯的产业化水平处于国际领先地位。但在2016年中国国际石墨烯创新大会上,他却指出,中国目前推出的石墨烯产品普遍呈低端化特点,还没有发挥石墨烯的“真正能量”。

这一前一后巨大评价落差的背后,折射的或许是石墨烯在中国日渐沦为“工业味精”的现实命运。

尽管当前石墨烯成为制鞋行业转型升级的助推器,成功运用至鞋底、鞋垫,接下来还会将其用于鞋面,但与国外大企业应用于光电器件、传感器、医药、环保材料等高端领域相比,依然改变不了石墨烯低端化应用的尴尬。

日前,贵人鸟鞋业与福建晋江市石墨烯产业技术研究院合作开发出一款石墨烯跑鞋,这双鞋的重量仅约120克,相当于一袋方便面的重量。这款跑鞋鞋底加入石墨烯不仅增加弹性,还能增加韧性和抗撕力。从外观上看,该跑鞋与普通运动鞋无异,但拿在手上却十分轻盈。鞋底柔软有弹性,其深灰色类似泡沫的部分就是用石墨烯材料制作而成。

晋江市石墨烯产业技术研究院首席科学家许志介绍,这双跑鞋搭配的石墨烯杀菌鞋垫,不仅能抑制细菌、真菌,有效改善足部健康,同时舒适度和外观都得到了提升。

此外,国内企业近几年还相继推出了石墨烯内衣裤、U形枕、轮胎、涂料、加热片、移动电源、保健用品等产品,多将石墨烯粉体添加至各类产品中改善性能,应用领域极广。但因用量较少且不发挥主要作用,石墨烯只能作为辅助材料使用,由此获得了“工业味精”的称号。

报道分析称,受制于高端应用的长期高投入及高风险,国内中小型民营企业在高端领域少有布局,实力雄厚的大型国企对石墨烯这一新材料也缺乏积极性。

中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春指出,与国外相比,中国企业在石墨烯高端应用上的投入差距巨大,相关的高端研发技术落后三年,研发成果已落后五年。因此,李义春建议,政府应在石墨烯高端领域的研发上加大资金支持力度。

大企业的定位相对高端,研发成果不易显现。小企业的决策机制更为灵活,但受限于资金规模,小企业不太稳定,风险会更大,“一百家剩两三家就不错了,很多项目一看就判死刑了,很多投资石墨烯制备的都不太行。”

由于资金问题,从事石墨烯材料的小企业多从难度较小的应用做起,低端应用难度相对较小,更容易实现生产。“适度的挑战性是必要的,如果太过低端就会拉低产业形象,降低产业门槛。” 东旭光电副总经理、上海碳源汇谷新材料科技有限公司董事长王忠辉说。

弗若斯特沙利文全球合伙人兼大中华区总裁王昕博士表示,“目前国内企业中除了两家企业实现了应用于LED行业的石墨烯产品的小规模生产外,其余研究机构及企业均只能小批量生产,产品也主要用于研究机构的研究,且应用主要集中在复合材料、触摸屏等少数应用,半导体等高端应用尚未开发。”

和欧美国家相比,我国在石墨烯研发和应用的投入方面有明显差距,特别是高端应用上的资金投入,国内目前做得明显不够。这两年不少地方政府对石墨烯产业都非常重视,许多地方都在建平台、建基地。但对石墨烯产业的发展,地方政府还是要冷静、理性对待,现在市场应用还处在非常初步的阶段,不要一哄而上,造成低端产能过剩、高端产品缺乏的怪圈。

本文来自新经济导刊,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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