石墨烯機遇

吳佳

從沒有哪個新材料有過石墨烯這樣的風頭，它出現在任何行業都會被視為潛在顛覆者。石墨烯是由單層碳原子組成的平面薄膜，因為只有一爪原子厚，被視為二維材料。它是目前自然界最薄、強度最高的材料。從預測的角度來看，石墨烯極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革命。

近日由青島市高新區承辦召開的2015中國國際石墨烯創新大會，讓外行懂得石墨烯的廣闊用途，讓內行得到了石墨烯的前沿技術，為青島市新材料產業的創新升級燃起新“烯”望。

“這個時代將來最大的顛覆”

2004年的一天，英國曼徹斯特大學的安德烈·海姆教授和他的學生康斯坦丁·諾沃肖洛夫偶然發現了一種探索石墨組成的新方式。

他們強行將石墨分離成較小的碎片，從碎片中剝離出較薄的石墨薄片，再用一種特殊的塑料膠帶粘在石墨薄片'撕拉下來后，石墨薄片一分為二。如此反復，石墨薄片越來越薄，最終制得石墨烯。這個只有一個碳原子厚的二維晶體的問世，很快便引起了全世界的研究熱潮。

它是世上最硬的材料，比鋼鐵堅硬200倍，卻又能自由彎折，伸拉幅度可以達到自身尺寸的20%；

它是世上最薄的材料，諾貝爾獎委員會畫圖說明，如果用石墨烯材料制作成1平方米的吊床，重量為0.77毫克，卻能承受4公斤的重物；

它是世上最佳的導熱/電材料，電流密度是銅的100萬倍，導熱率是銅的10倍。

它可替代傳統鋰電池，解決電動汽車發展的關鍵難題；可以替代硅，制造未來新一代超級計算機；應用于觸摸屏、柔性顯示、太陽能電池；還可應用于海水淡化、可降解塑料、散熱膜、防腐涂層、生物材料、復合材料、平板電腦、手表日歷、移動電話、光電探測器、石墨烯紙、石墨烯布以及航天軍工。透明手機、超輕防彈衣、超薄超輕飛機，甚至有想象力的天空電梯……

它就像味精一樣，在現有事物中加一點，便有可能化腐朽為神奇，達到點石成金的效果。鑒于石墨烯對未來產業的顛覆性功能，2010年的諾貝爾物理獎頒給了安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫。

華為總裁任正非在去年接受媒體采訪時說，“我認為這個時代將來最大的顛覆，是石墨烯時代顛覆硅時代，但是顛覆需要有繼承性發展，在硅時代的成功佼佼者最有希望成為石墨烯時代中的佼佼者。因為現在芯片有極限寬度，硅的極限是7納米，已經臨近邊界了，石墨已經是技術革命前沿了。”

“如愛麗絲仙境一般神奇”

10月29日，石墨烯發現者之一，安德烈·海姆教授應邀來到青島，參加2015中國國際石墨烯創新大會。海姆教授在會上講述了石墨烯的重要意義。

“五六年之前，我們看到的地球是三維的，我們可以從高度、長度、寬度來衡量它。而在我們周圍，所有的材料其實都是三維的，隨著石墨烯的出現，人們開始重點關注二維材料的性能。我覺得石墨烯對于很多人來說就像是愛麗絲仙境一樣，非常神奇。”

誰都不愿意錯失一個新興產業蓬勃發展的良機。

2013年，歐盟宣布將石墨烯列入“未來新興旗艦技術項目”，將在今后10年研發資助10億歐元，期望通過石墨烯旗艦計劃的實施帶動歐洲制造業的回歸，解決就業，將石墨烯發展提升至戰略高度。

英國投入1.21億英鎊在曼徹斯特大學建立國家石墨烯研究院，利用諾獎得主的影響力，積極打造全球石墨烯創新中心。美國、韓國、新加坡、日本等國家均先后啟動專項資金支持石墨烯研發及產業化。

鑒于石墨烯巨大的應用前景，全球很多企業巨頭都對石墨烯“垂涎三尺”。例如韓國的三星電子、芬蘭的諾基亞、日本的索尼、挪威的CrayoNano、美國的IBM和AMD、加拿大的Lomiko金屬、美國的量子材料公司、土耳其的格拉芬化學工業公司。

一些過去想象不到的神奇科技已經出現。

西班牙Graphenano公司（一家以工業規模生產石墨烯的公司）同西班牙科爾瓦多大學合作研究出首例石墨烯聚合材料電池。用此電池提供電力的電動車，充電時間不到8分鐘，最多可以行駛1000公里。

美國的科學家以石墨烯為基礎材料，研發出一種新型的超級電容器，用它為一部蘋果手機充滿電，僅僅需要5秒鐘。

加州大學伯克利分校勞倫斯國家實驗室組成的研究團隊，使用納米材料石墨烯最新研制出了一款調制器，該光學調節器，只有頭發絲四百分之一細，卻具備高速信號傳輸能力，有望將互聯網速度提高一萬倍。一部10G左右的高清電影，一秒鐘，下載完畢。

中國科學院青島生物能源與過程研究所建設的青島儲能產業技術研究院采用石墨烯基復合電極材料，開發出容量可控的鋰離子電容器器件。一輛原需充電10個小時的電動自行車，僅需3-5分鐘即可充滿。

世界的石墨在中國，中國的石墨看青島

數據顯示，我國是石墨儲量最大的國家，石墨儲量占全世界已探明儲量的71%，同時是石墨烯研究和應用開發最活躍的國家之一，國內石墨烯產業大有可為。

2014年，工信部等三部委發文《關鍵材料替代工程方案》，明確將石墨烯列入三大關鍵性開發材料。截至目前，我國已形成由1000多支團隊，兩萬多研究人員組成的龐大石墨烯研究隊伍，主要集中在高校和科研院所。中國石墨烯企業已經超過100家，并在常州、無錫、青島、深圳等地形成產業集群，石墨烯產品已經在動力電池導電添加劑、防腐涂料、加熱產品、觸摸屏等領域進入市場。預計今年石墨烯產品銷售將超過5億元，拉動相關產業100億元。

2014年12月，習近平總書記赴江蘇高新技術產業研究院，調研石墨烯研發及參觀，對石墨烯產業寄予厚望。2015年10月23日，習近平總書記參觀曼徹斯特大學國家石墨烯研究院，并指出中英在石墨烯研究領域完全可以實現“強強聯合”。

近日，科技部火炬中心下發文件通知，由青島高新區組織申報的“國家火炬青島石墨烯及先進碳材料特色產業基地”正式獲批建設，標志著青島以石墨烯為引領的先進碳材料產業正式進入國家產業布局版圖。

青島高新區依托青島國際石墨烯科技創新園，建設國內首個國際石墨烯創新中心和北方唯一的國家級石墨烯產業創新示范基地；搭建青島國際石墨交易中心；設立1億元的國內首曜烯天使投資基金；同時加強國際交流合作，舉辦2015中國國際石墨烯創新大會和石墨烯創新創業大賽，主動鏈接國際創新資源，全力打造中國石墨烯創新發展高地。

截至目前，青島高新區已吸引“千人計劃”專家、“長江學者”和“泰山學者”等多名產業領軍人才落戶，引進石墨烯項目近30個，培育青島華高能源、青島瑞利特新材料兩家石墨烯公司在四板掛牌匕市，青島賽瑞達電子科技等三家公司入選青島市“千帆計劃”入庫企業，以石墨烯為引領的先進碳材料特色產業基地雛形已初步顯現。

記者了解到，位于青島高新區的青島華高墨烯科技股份有限公司主要批量生產以制作防彈材料、軍用輪胎、海水淡化的石墨烯材料；而青島瑞利特新材料科技有限公司主要生產石墨烯防腐涂料、導電油墨以及石墨烯金屬界膜劑。

據中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟秘書長李義春介紹，海爾也正在嘗試將石墨烯材料用于冰箱除霜。將改變目前冰箱除霜運用電阻絲，能耗大、時間長的弊端，將引發除霜領域的—場技術革命。

《2015全球石墨烯產業研究報告》統計，2013年全球石墨烯市場規模約為1250萬美元，并預計2020年石墨烯的市場規模將達到1.2億美元。報告認為，隨著全球石墨烯產業的發展，以及各國政府對其重視程度的提高，歐美亞三足鼎立的局面是發展的必然趨勢。而中國是最具發展潛力的國家，未來幾十年內很有可能成為全球石墨烯行業“領跑者”和主導者。