? ? ? ? 華為近年來對石墨烯的重金投入，讓這種新型納米材料成為國人關(guān)注的熱門科技議題。華為總裁任正非曾自信地表示，未來10-20年石墨烯將引發(fā)一場技術(shù)革命，成為“徹底改變21世紀(jì)”的“黑科技”。那么，石墨烯究竟是一種什么新材料？它真的可以改變未來嗎？

?華為本月宣布在鋰電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，推出業(yè)界首個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池。

華為近年來對石墨烯的重金投入，讓這種新型納米材料成為國人關(guān)注的熱門科技議題。華為總裁任正非曾自信地表示，未來10-20年石墨烯將引發(fā)一場技術(shù)革命，成為“徹底改變21世紀(jì)”的“黑科技”。

那么，石墨烯究竟是一種什么新材料？它真的可以改變未來嗎？

新材料界的“網(wǎng)紅”

石墨烯是一種只有一個原子層厚度的準(zhǔn)二維材料。很久之前有物理學(xué)家預(yù)言，準(zhǔn)二維晶體本身熱力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，所以其不能單獨(dú)存在。直到2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨(dú)存在，兩人因此共獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎。

石墨烯號稱“新材料之王”，是一種二維蜂窩狀純碳材料，集眾多特性于一身。它是目前最薄、最輕的材料，同時也是最強(qiáng)、最堅硬的材料。雖然石墨很軟，但是單層的石墨烯材料甚至比金剛石還硬。我們所熟知的金剛石導(dǎo)熱性很好，熱導(dǎo)率在2000W/mK（導(dǎo)熱系數(shù)）左右，而石墨烯的熱導(dǎo)率達(dá)到5300W/mK。石墨烯還兼具柔性、透明等特性，而且只有質(zhì)子能夠穿透。這些優(yōu)良的特性賦予了石墨烯材料極為廣闊的應(yīng)用前景，也是吸引全世界眼球的根本原因。

盡管石墨烯在新聞端不斷“刷屏”，真正能夠發(fā)揮其特性的商業(yè)產(chǎn)品卻遲遲不見蹤影。

華為宣布的“石墨烯助力的高溫鋰離子電池”，根據(jù)華為瓦特實驗室首席科學(xué)家李陽興的解釋，高溫電池中，石墨烯起到的作用是高效散熱，而非電池的正極或負(fù)極材料。盡管這不是石墨烯電池，但據(jù)華為提供的信息，這款新電池的性能已可秒殺目前市面上的大部分鋰電池。

手機(jī)行業(yè)或被顛覆

華為本月稍早時候在深圳發(fā)布的榮耀Magic手機(jī)，采用“石墨烯助力的高溫鋰離子電池”技術(shù)，官方宣傳30分鐘即可充滿90%的電池。

對于手機(jī)來說，石墨烯意義重大。如果手機(jī)芯片使用石墨烯制造，性能大幅提升的同時功耗將大幅下降；如果將石墨烯用于手機(jī)電池的兩極，續(xù)航能力將是普通電池的十多倍；如果用石墨烯制作電容裝置，幾分鐘就能完成智能手機(jī)充電；石墨烯具有透光、柔韌等特點(diǎn)，若能用在手機(jī)上，就能生產(chǎn)柔性屏幕手機(jī)、全透明手機(jī)。

不僅僅是華為，三星、蘋果、諾基亞在石墨烯領(lǐng)域激烈競爭已經(jīng)愈演愈烈，諾基亞取得專利的最引人矚目的一項應(yīng)用就是使用石墨烯制作高性能超薄相機(jī)傳感器。

理想與現(xiàn)實差距大

其實，對于石墨烯材料來說，理想與現(xiàn)實差距很大。理想的石墨烯具有完美的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)實的石墨烯就像一件破衣服，由無數(shù)個石墨烯微片拼接而成。石墨烯上有很多缺陷，還有很多臟東西。因此，現(xiàn)實制備出來的石墨烯材料性能沒有那么好，價值也沒有那么高。

企業(yè)的重金投入并沒有使石墨烯實現(xiàn)真正產(chǎn)業(yè)化，國內(nèi)企業(yè)中除了兩家企業(yè)實現(xiàn)了應(yīng)用于LED行業(yè)的石墨烯產(chǎn)品的小規(guī)模生產(chǎn)外，其余研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)均只能小批量生產(chǎn)，產(chǎn)品也主要用于研究機(jī)構(gòu)的研究。

國內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)處于初級發(fā)展階段，工藝水平不高、企業(yè)難以獲利是阻礙石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的兩大因素。

工藝上來看，如何批量化地制備大面積、穩(wěn)定性好、高質(zhì)量的石墨烯是難點(diǎn)之一，目前整個行業(yè)仍處于產(chǎn)品研發(fā)階段，只有少數(shù)企業(yè)能夠大規(guī)模制備高質(zhì)量石墨烯，行業(yè)層面的不良率影響了下游的應(yīng)用推廣。

利潤方面，石墨烯獲取成本仍舊高企，而應(yīng)用市場尚未完全打開，這使得石墨烯公司難以穩(wěn)定獲取利潤，自然規(guī)模不顯。未來這些企業(yè)需要整合好上下游產(chǎn)業(yè)鏈，降低成本并提高銷售。

眾多國家投入研究

今年年初，工信部、發(fā)改委和科技部等三部委發(fā)布了《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》，欲在2020年形成完善的石墨烯產(chǎn)業(yè)體系，實現(xiàn)石墨烯材料標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和低成本化，在多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。

雖然我國在石墨烯研究上擁有儲量豐富、政策支持的雙重優(yōu)勢，但是作為石墨烯誕生的搖籃，英國在這一領(lǐng)域研究的底子更厚。在去年已有40多家企業(yè)與曼徹斯特大學(xué)的235名研究人員合作開展石墨烯和相關(guān)二維材料的研究，并在周邊催生出上千家獨(dú)立公司。

美國、日本、韓國也在石墨烯的創(chuàng)新研究上處于領(lǐng)先。美國對石墨烯項目政策扶持主要集中在石墨烯晶體管、石墨烯超級電容器、鋰離子電池用納米石墨烯復(fù)合材料電極以及高靈敏測器的研發(fā)領(lǐng)域。國外的科技巨頭們正在加快推進(jìn)石墨烯的產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用。IBM、三星等已經(jīng)緊鑼密鼓地開始了石墨烯的應(yīng)用研究。

IBM公司是在通道層采用石墨烯的高速晶體管開發(fā)方面最積極的企業(yè)之一，2008年制作出了第一個石墨烯晶體管，2011年研制出了石墨烯圓片制成的集成電路，向開發(fā)石墨烯計算機(jī)芯片邁進(jìn)了一大步。

產(chǎn)品化的競爭方面，韓國三星公司也處于領(lǐng)先地位。三星擁有有關(guān)石墨烯晶體管的工作方式和結(jié)構(gòu)等9項核心專利，不少科研項目已經(jīng)走在產(chǎn)品化的路上。

諾基亞從2006年開始對石墨烯進(jìn)行研究，于2011年5月參與了歐洲石墨烯旗艦項目，并于2013年2月獲得該項目資助撥款13.5億美元。諾基亞著力研發(fā)石墨烯光傳感器。石墨烯對光線很敏感，所以用石墨烯做攝像頭，其感光率將比普通攝像頭高1000倍。

技術(shù)專利訴訟或爆發(fā)

最近，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟專利委員會主任劉兆平作了2016年專利工作報告。

劉兆平說：“根據(jù)德文特的專利數(shù)據(jù)庫，2015年4月份全球公開的石墨烯方面專利有1.4萬件；截至12月6日上升到2.7萬件，增長一倍。中國的專利在2015年4月份是8000件，到現(xiàn)在具體的數(shù)字是16844件，占了全世界的60%。”

中國石墨烯領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量多，問題也不能忽視。劉兆平說：“中國的石墨烯專利數(shù)量超過日本、韓國甚至美國，但是仔細(xì)分析專利的質(zhì)量就會發(fā)現(xiàn)，中國申請的專利真正核心的不多，源頭上的太少。中國的專利真正管用的太少。一旦有專利方面的糾紛，對中國非常不利，現(xiàn)在應(yīng)該有應(yīng)對的措施。”

目前全國有將近20家石墨烯產(chǎn)業(yè)園，這個數(shù)字還在增長。無論是發(fā)達(dá)地區(qū)，還是偏遠(yuǎn)地區(qū)，都在建石墨烯產(chǎn)業(yè)園。面對這波“石墨烯淘金熱”，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授、中國科學(xué)院院士劉忠范指出，參照過往歷史，在新材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的過程中不應(yīng)失去理性，石墨烯行業(yè)真正壯大，需要時間的積淀，需要持續(xù)的投入，更需要耐心。