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(qiáng)、最堅(jiān)硬、最薄的物質(zhì)，同時(shí)由于它在已知的材料中電阻率最小、導(dǎo)熱系數(shù)最高，因此也是最理想的電極和半導(dǎo)體材料，被認(rèn)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(jiān)硬，強(qiáng)度是世界上最好鋼鐵的上百倍，以至于科學(xué)家想用它制備夢(mèng)寐以求的“太空電梯”超韌纜線。預(yù)計(jì)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(chǔ)材料。

當(dāng)你推著購(gòu)物車經(jīng)過結(jié)算柜臺(tái)時(shí)，不需要像現(xiàn)在這樣排隊(duì)掃描二維碼，物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)你購(gòu)物車中的物品并計(jì)價(jià)，并從你的購(gòu)物卡扣除費(fèi)用，所有的一切將瞬間完成，你只要拿到一個(gè)收據(jù)即可。

未來讓你享受如此輕松購(gòu)物的，正是石墨烯技術(shù)在射頻識(shí)別上的應(yīng)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(guó)未來能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化呢？帶著相關(guān)問題，科技日?qǐng)?bào)記者專訪了一些中外著名科學(xué)家、產(chǎn)業(yè)人士，梳理石墨烯發(fā)展過程中的熱點(diǎn)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(dāng)剝離到最小極限只有一個(gè)碳原子厚的單層石墨時(shí)，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(guó)曼徹斯特大學(xué)兩位科學(xué)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(xué)獎(jiǎng)，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(jī)械強(qiáng)度最大的材料，可以被無(wú)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(jiǎng)得主海姆教授對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者說。

石墨烯比鉆石還堅(jiān)硬，強(qiáng)度是世界上最好鋼鐵的上百倍，以至于科學(xué)家想用它制備夢(mèng)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(dǎo)電性、極好的透光性和相對(duì)較高的機(jī)械強(qiáng)度。

如此出眾的石墨烯，令人充滿遐想與期待。濟(jì)寧利特納米技術(shù)有限責(zé)任公司董事長(zhǎng)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(dǎo)電油墨產(chǎn)品應(yīng)用于柔性電子設(shè)備、射頻識(shí)別標(biāo)簽、柔性顯示設(shè)備和傳感器等。石墨烯還可以做到智能包裝，包裝袋上即時(shí)標(biāo)注食品保質(zhì)狀況，讓人真正體會(huì)到便捷、安全和實(shí)用。另外，它還將推動(dòng)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?！?/p>

未來石墨烯將有何發(fā)展態(tài)勢(shì)

很多人擔(dān)心，石墨烯會(huì)像當(dāng)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(yù)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(guó)科學(xué)院院士、北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授劉忠范博士在接受科技日?qǐng)?bào)記者專訪時(shí)指出，“石墨烯不是一個(gè)門檻很低的行業(yè)！不是誰(shuí)都可以進(jìn)入，它在技術(shù)上要求很高”?？梢哉f這是一個(gè)潛力無(wú)限但風(fēng)險(xiǎn)極高的行業(yè)。

他說：“當(dāng)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(shì)有三種期待，且用三個(gè)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(huì)的主體是芯片；第二種是碳纖維，在某個(gè)領(lǐng)域占領(lǐng)市場(chǎng)，像日本東麗公司對(duì)碳纖維壟斷用于國(guó)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(duì)我們而言，石墨烯發(fā)展的最低標(biāo)準(zhǔn)是碳纖維，中端如塑料，最高標(biāo)準(zhǔn)是硅，但這種可能性有多大目前還不知道?！?/p>

10月底，由中國(guó)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(bào)告》顯示，預(yù)計(jì)到2020年，石墨烯全球市場(chǎng)值1.49億美元，2014—2020年年復(fù)合增長(zhǎng)率是44%，近期主要應(yīng)用于復(fù)合材料、導(dǎo)電導(dǎo)熱涂層、超級(jí)電容器、鋰離子電池等，未來進(jìn)一步的發(fā)展可能是柔性顯示、太陽(yáng)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(shí)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(yīng)用，產(chǎn)業(yè)爆發(fā)點(diǎn)已經(jīng)形成。

決勝未來的是高端研究

《“十二五”期間中國(guó)石墨烯行業(yè)深度市場(chǎng)調(diào)研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》顯示，我國(guó)已申請(qǐng)了2200多項(xiàng)石墨烯專利技術(shù)，數(shù)量達(dá)世界石墨烯專利的1/3。是不是可以說，我國(guó)的產(chǎn)業(yè)潛力遠(yuǎn)超國(guó)外呢？

劉忠范指出，“我國(guó)要做是不會(huì)比國(guó)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(dǎo)電導(dǎo)熱特性發(fā)揮出來。由于這樣做比較容易進(jìn)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(guó)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(chǔ)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(shí)驗(yàn)室中，而理想與現(xiàn)實(shí)有太大差距。現(xiàn)實(shí)是，至今尚無(wú)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)?；苽浼夹g(shù)成為了相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中至關(guān)重要的一步。