石墨烯是未来高技术产业竞争的战略制高点作者：管理员 发布于： 2014-03-06 11:41:03 文字：【大】【中】【小】中国储能网讯：在当今的中国与世界，关于石墨烯可能引发的材料革命乃至新技术革命讨论非常热烈。最近，我到北京、上海、广州、深圳、江苏、浙江、黑龙江、山东、陕西和中科院、清华大学等地方和研究机构对石墨烯进行了调研。石墨烯具有非常大的发展潜力和应用前景，我们必须统筹规划，精心布局，紧紧抓住石墨烯研发和产业化所带来的重大发展机遇，努力掌握未来科技竞争的制高点。正在兴起的石墨烯材料新时代石墨烯的发现虽然仅 10 年左右，却引发了席卷全球的一波又一波的研究开发浪潮。石墨烯是一种由碳原子紧密堆积而成的二维晶体，具有神奇的电子传输、导电、导热和机械等特征。2004 年英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫，在实验室成功地从石墨中剥离出了石墨烯，证明了石墨烯可以单独存在，因此荣获 2010 年诺贝尔物理学奖，从而掀起了石墨烯制备、改性和应用的全球研究热潮。将石墨烯用于超级电容器、透明电极、锂离子电池、传感器、功能涂料和聚合物纳米复合材料等方面的应用前景，开辟了石墨烯材料的新时代。正如有学者所言，19 世纪是铁器的时代，20 世纪是硅的时代，21 世纪是碳的时代。碳是自然界分布最普遍的元素之一，是构成地球上一切生命体最重要的元素。碳材料的特性几乎涵盖地球上所有物质的性质。先进碳材料具有新型结构和优异的物理化学性能，是对未来发展具有重大和决定意义的新材料。新材料产业作为战略性新兴产业的重点之一，也是未来高新技术产业发展的基石和先导，是我国成为世界制造业强国的重要基础。石墨烯作为先进碳材料，它是当今发现的世界上最优质的材料。它有以下特点：最薄，0.35nm，被称为现今世界最薄的材料；比表面积最大，2620m2/g；最硬，刚度优于金刚石，是人类已知强度最高的物质，比钢铁硬100 倍；最抗拉，可弹性拉伸 20%；热导率最高，5300W/m.k；最高迁移率200,000cm2/v.s300k；高透光性，透光率为 97.7%/单层；高载流能力：电流密度比铜高 6 个数量级；最奇特的是，石墨烯是二维量子材料，线性能带色散关系，载流子有效质量为零，能在温室下观察到量子霍尔效应；还具有室温弹道输运特性。石墨烯具有超薄、超轻、超高强度、超强导电性、优异的室温导热和透光性，几乎完全透明，结构稳定，应用非常广泛，发展前景巨大，是推动战略高技术发展的关键材料。石墨烯具有无限广阔的应用前景，虽然现在还是潜在阶段，普遍应用与产业化还没有打开局面，但是从科学预测的角度来看，已经成为不可忽视的重点领域。比如，它可替代和解决传统锂电池充电速度慢、蓄电能力差、寿命短、污染等弊端，可解决电动汽车发展的关键难题，使新能源电动汽车蓬勃发展。再比如可以替代硅，制造未来新一代超级计算机；替代 ITO 透明导电薄膜，应用于触摸屏、柔性显示、太阳能电池等电子工业领域；还可应用于海水淡化、可降解塑料、散热膜、防腐涂层、生物材料、复合材料、平板电脑、手表日历、移动电话、光电探测器、石墨烯纸、石墨烯布以及航天军工、超轻防弹衣、超薄超轻飞机、超薄折叠手机、甚至有想象力的天空电梯等。石墨烯创造的需求，极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。从全球发展趋势来看，谁都不愿意丧失石墨烯发展带来的重大机遇。石墨烯是未来高技术产业竞争的战略制高点近年来，特别是 2007 年后，无论是石墨烯研究、论文发表以及研发与产业化，在中国和世界都进入了快速增长期。论文和专利年增幅都超过 70%，特别是 2009 年2012年，国际专利申请量增幅 100%以上，迄今为止全球发表论文已超过 3.4 万篇，仅 2013年就超过 1 万篇。全球专利申请超过 4000 件。值得一提的是，近几年我国在石墨烯领域发表的论文和专利申请，都居世界第一。截止到 2012 年底，我国共发表国际论文 6308篇，美国排第二位，发表 5709 篇。我国论文引频次数共 90403 次，而美国论文被引频次数达 132991 次。我国申请专利 1471 件，美国申请专利 1130 件。说明我国在石墨烯领域的科技基础积累、研发以及高技术发展方面已具有一定的实力。石墨烯是世界高技术发展的战略制高点，引起世界各国的高度关注，尤其是在研发方面竞争激烈。2008 年2010 年，欧盟发布了石墨烯基纳米电子器件项目，并于 2013年宣布将石墨烯列入“未来新兴旗舰技术项目”，将在今后 10 年研发资助 10 亿欧元，将石墨烯发展提升至战略高度。英国政府也重视石墨烯研究，在曼彻斯特大学建立国家石墨烯研究所，推进石墨烯材料的商业化进程。2011 年，英国政府在促进增长的创新与发展战略中把石墨烯作为国家今后四个重点发展方向之一。投入 5000 万英镑支持石墨烯研发和商业化应用研究。同年，英国自然科学研究院委员会、英国技术战略委员会投入约1000 万英镑，建立一个以新兴技术探索和市场开发为核心的创新中心，致力于石墨烯技术的探索、开发及应用。2012 年底，英国政府又追加 2150 万英镑资助石墨烯的商业化探索研究。韩国政府投入研发费用 14 亿美元，把石墨烯材料及产品定为未来革新产业之一。2007 年 2009 年，韩国教育科学部门累计资助了 90 个相关项目，经费 1870 万美元。2012 年 2018 年，韩国原知识经济部预计将向石墨烯提供 2.5 亿美元的资助，1.24 亿美元用于技术研发，其余用作商业化研究。2013 年，韩国产业通商资源部宣布在未来 6 年内，投入 4230 万美元，帮助企业实现石墨烯的应用产品和相关技术商业化。2006 年2011 年，美国国家自然科学基金（ NSF）关于石墨烯的资助项目有 200 项，包括石墨烯超级电容器应用、石墨烯连续和大规模纳米制造等项目。2008 年，美国国防部高级研究计划署（DARPA）投资 2200 万美元研发超高速和低耗能的石墨烯晶体管。同时，至少有 10 多家公司在研发与产业化方面取得了新的拓展。日本学术振兴机构（JST）从 2007 年起开始对石墨烯硅材料、器件的技术进行资助。德国于 2009 年由科学基金会（DFG ）开展石墨烯新兴前沿研究项目。各国政府纷纷重视和关注石墨烯的同时，企业也敏锐地抓住时机，表现出对石墨烯的极大兴趣，投入到石墨烯研发和产业化的竞争中。美国在纳米电子器件、高频电子器件方面研发力度大，已研发出表面附有石墨烯纳米涂层的柔性光伏电池板，大大降低制造透明可变形太阳能电池的成本，可广泛用于石墨烯夜视镜、相机等小型数码设备。加州大学伯克利分校研制出石墨调制器，可实现超快数据通讯。美国沃贝克材料公司推出导电油墨，性能好，价格低，并得到美国环保署批准。美国辉锐科技公司研发并制造出大面积柔性触控屏。IBM、三星公司重点研发在高速晶体管上的应用。三星、诺基亚重点研发石墨烯在柔性显示方面的应用。美国卡博特公司、韩国浦项公司在石墨烯电容器、电池方面取得重要进展。韩国三星不久前宣称将石墨烯成功应用于触摸平板显示器，制造出多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏，可广泛应用于移动设备。索尼公司成功合成大面积长 120米、宽 230 米石墨烯薄膜。IBM、巴斯夫和索尼等均投入巨额资金，化工医药巨头拜耳、飞机发动机巨头英国罗罗公司也加强了对石墨烯的研发，力图迅速占领石墨烯产业的制高点。我国石墨烯研发和产业化的现状及政策建议我国石墨烯领域研发起步较晚，但发展较快，有潜在优势和后发优势。2013 年 7 月 13 日，中国石墨烯产业技术创新战略联盟成立。同时，江苏、浙江、深圳、上海、山东、福建、辽宁、重庆、黑龙江与中科院等机构以多种形式协同创新，纷纷建立了产业技术联盟，促进了创新资源优化组合和创新产业化进程。2013 年中科院重庆研究院研制出 15 英寸的单层石墨烯。2013 年 2 月，无锡格菲电子薄膜科技公司研发出石墨烯电容式融屏手机。常州第六元素公司年产 100 吨粉体，宁波墨西科技公司年产 300 吨石墨烯粉体。2013 年 5 月，常州二维碳素科技公司、无锡格菲电子薄膜科技公司、深圳合力光电传感公司联合江南石墨烯研究院在常州投产 3 万平方米石墨烯薄膜生产线。常州二维碳素科技公司研究出手机电容式触摸屏，盐城纳新天地科技有限公司 2013 年在盐城建设石墨烯产业集群，率先研究成功单层石墨烯改性材料，并与南车集团合作用于高铁。深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司、无锡和青岛产业基地、中科院纳米中心、中科院微系统所、清华大学、华东理工大学、北京化工大学等都在石墨烯研发与产业化上做了大量的攻关，力求取得突破性的进展。2010 年，江苏常州市委市政府决定投资 5000 万，成立江南石墨烯科技产业园，引进 8 个研发团队，其中 5 个为海归研发团队，建了 11 个专业研究室和分析测试中心，培养了 7 家企业，市值达到 20 亿元。2011 年开始连续 3 年举办石墨烯发展高层论坛，努力建设产学研金一体化的石墨烯研究中心和新型创新产业集群，力争成为国际化的石墨烯产业发展先导区。纵观中国与世界，石墨烯产业化与材料革命正处于突破的前夜。虽然目前石墨烯的应用还没有大规模投入市场，也有风险和不确定性，但未来的发展潜力和威力巨大。中国绝不可以丧失这次发展机遇，同时也要防止走弯路，浪费资源、人力和物力。我们要审时度势，制定科学正确理性的发展政策与措施。一是抓住机遇，有所作为。目前我们与发达国家处于同一起跑阶段，要抓住机遇，在推进产业化方面尽快有所作为。在世界石墨烯材料革命竞争中，率先创新，引领发展，实现由“ 跟跑者”向“领跑者”的跨越。二是制定规划，重点支持。建议有关方面认真调研，制定石墨烯研发和产业化发展规划。在国家层面设立创新专项，给予重点支持，以企业为主体，产学研协同创新，推动跨越式发展。三是防止利用石墨烯炒作。石墨烯可以代替石油，一旦突破将对我国产生巨大的效益，而且降低了石油在国际战略中的地位，对增强我国能源战略安全具有重大意义。但是，目前市场中已经出现了利用投资者的预期在股市里炒作圈钱的行为，给投资者造成损失，也影响到石墨烯产业的健康发展，对此需要予以重视并制定相应的对策。四是制定正确的技术路线和技术标准。石墨烯发展很快，各方面都纷纷加入到研发和产业化之中。但是，有些企业在发展石墨烯过程中缺乏科学方法和正确的技术路线，盲目发展者可能会走弯路，造成不必要的损失和混乱。建议有关部门组织制定国家石墨烯健康发展的技术政策。同时，要制定技术标准，将技术研发优势转化为行业标准优势，掌握石墨烯发展的话语权。五是保护国家石墨烯战略资源。我国是石墨资源大国，近些年大量原料以 3000 元/吨的价格出口国外，甚至被某些国家进口存入海底。有些企业将石墨资源浸泡式粗加工，以 10000 元/ 吨左右的价格出售，导致严重的资源利用浪费。建议政府部门采取有效的对策和措施，这么重要的战略资源，千万不能重蹈稀土的覆辙。（作者系中国高新技术产业开发区协会理事长）据介绍，石墨烯是获得年诺贝尔奖的新型二维碳材料，于年被发现，其在载流子迁移率、电导率、热导率、力学强度等众多指标上，均超越了硅、金属等材料，在电子信息、新能源、航空航天、复合材料等应用领域展现出传统材料所无法比拟的优势，具有极为广阔的应用前景，被誉为世纪的“材料之王”。据不完全统计，我国石墨矿储量占到世界总储量的，生产量占到世界总产量的，具备发展石墨烯产业的资源基础。中科院宁波材料所从年就开始了石墨烯制备技术公关，目前已在石墨烯规模化制备和改性方面取得突破性进展，实现了石墨烯低成本规模化制备。年宁波墨西科技有限公司首期年产吨的石墨烯生产线投产，是目前全球规模最大的石墨烯生产线。