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石墨烯未来可期 产业化破局还需技术革命

发布时间:2017-12-12 来源:管理员 浏览:次

       被誉为“工业味精”的石墨烯其优点不言而喻,但产业化发展缘何“步履蹒跚”呢?没有量化生产,实验性材料将不会有生命力。”这是石墨烯发现者英国曼彻斯特大学教授安德烈?海姆曾经说过的一句话。的确,当一个行业或者一个产业如果没有形成较为完整的产业链,那么,它就不算是一个有“生命”的领域,对于当前还处于“实验室里的石墨烯”来说,亦是如此。


       谈起石墨烯,业内人士都会竖起大拇指说这是一个“好东西”,它是可以改变世界的神奇物质。然而,就是这样一种神奇的物质在我国已发展十几年,却仍然面临产量有限的致命瓶颈。事实上,不仅仅只有我国面临这样的短板,石墨烯的广泛应用目前也成为全世界的一个难题。被誉为“工业味精”的石墨烯其优点不言而喻,但产业化发展缘何“步履蹒跚”呢?


石墨烯走上“神坛”

       说石墨烯走上“神坛”,并没有夸张的成分。诚如国家发改委能源局原局长、国务院参事徐锭明前不久在相关会议上表示,石墨烯领域将会在节能、新能和绿能等具体方面大有作为。中科院院士前不久在接受媒体采访时也表示,未来,一方面类似于碳纤维的石墨烯材料将运用于航空航天等高端装备制造业及类似于塑料的石墨烯材料将广泛应用于人民的日常生活中,甚至可能在未来成为像塑料一样的普遍材料;另一方面,类似于硅材料的石墨烯材料将应用于集成电路领域,有望加速集成电路产业发展,进而推进整个信息产业的再次产业革命。据记者了解,石墨烯是从石墨中剥离出来、由碳原子组成、只有一层原子厚度的二维晶体。其自然属性是迄今为止世界上已知材料中最薄、强度最大的,具有极好的导电性、导热性和透光性。据悉,石墨烯相关的技术研发已经列入中国、美国、应该、日本及韩国等国家的新材料领域重点支持项目。中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春曾在相关会议中指出:石墨烯电热膜技术是石墨烯产业发展的一项重大突破,是代替传统供暖方式的最有效途径之一,具有清洁便利,节能减排等社会效益,联盟“石墨烯电能替代工作组”的职能就是通过统筹、整合石墨烯在电加热方面的产品和技术,同地方政府合作建设“石墨烯电能替代示范工程”,一方面为国家电能替代战略贡献力量,另一方面也有力地推动了石墨烯产业的发展。记者在采访中了解到,从2013年,石墨烯的诸多优势也进入了研究新材料与新技术专家的视野中。而我国各级政府对于石墨烯的发展也上升到了前所未有的高度。相关部门更是表示,石墨烯技术很可能在十三五规划中得到重点支持。保守估计,未来5至10年,全球石墨烯产业规模会超过1000亿美元。华南智慧创新研究院院长曾海伟在接受《中国产经新闻》记者采访时表示,从宏观政策来看,我国石墨烯的发展得到了国家和各级地方政府的大力支持;从行业现状来看,石墨烯在电池等领域的应用更加地突出,石墨烯正越来越受到资本市场的关注,上市公司也热衷斥巨资涉足,因此,石墨烯走上神坛已经是不争的事实。中国石墨烯产业技术创新战略联盟发布的2016年数据显示:到2020年,全球石墨烯市场规模将超过1000亿元,新能源行业的锂电池和超级电容市场规模将突破534亿元,其中中国占比50%-80%。


产业化应用“断层”

       尽管石墨烯在节能等相关领域大有可为,但如何实现量化应用,始终是摆在眼前的现实难题。“石墨烯目前还处于炒作概念,也就是说还处于实验室阶段。”厦门大学中国能源经济政策研究院院长林伯强在接受《中国产经新闻》记者采访时认为,当前,石墨烯的成本、产出的产品及商业模式还不清晰,商业开发几乎为零。在李义春看来,目前,国内石墨烯产品良莠不齐,一些企业打着石墨烯的概念炒股价,有投机心理在市场上作祟。当前,国内不超过5家企业是真正把石墨烯作为一个增长点来经营的。记者在采访中获悉,在前不久的一次行业讨论会上,相关专家所讨论的热点一方面是如何能够得到纯度高的石墨烯;另一方面的探讨点是能不能应用到各行各业。据记者了解,当前,从事石墨烯研发、生产与应用的企业已经超过400家,这一数字约占全球石墨烯从业企业总量的3/4。曾有业内研究者对外表示,目前,石墨烯产业全产业链已初见雏形,覆盖了从原料、制备、产品开发和下游应用的全环节。但由于龙头企业数量不多、规模相对较小,制约了整个产业生态系统的进一步发展和完善。不过,在曾海伟看来,虽然我国石墨烯研究起步较晚,但发展速度很快。近年来,国内相关专利申请量和申请人数增长非常迅速,所涉及的技术主题也更加广泛。“从专利的所有者看出,这些专利大部分所有权在大学和科研机构,实际市场应用比例还比较低。同时,部分石墨烯核心专利依旧是掌握在少数大国手中。”曾海伟说,而近年来全球石墨烯技术专利正由制备工艺向下游应用转变,未来石墨烯有望加快同下游应用行业结合,推动石墨烯产业化进程。有业内观察者认为,随着相关政策的不断出台,以及产业联盟和创新平台的不断建设,预计2018年石墨烯产业链布局将更加完善,预计2020年,石墨烯产业将撬动万亿产业链。石墨烯面临技术“掣肘”此前,有分析文章认为,虽然石墨烯受到资本市场追捧,但实际上,中国现有的石墨烯产业化呈现出两极分化的现象。以石墨烯粉末为原料的低端产品,如功能涂料、复合材料、电极材料和结构增强型材料等。对人部分已初步产业化,但规模小、技术含量与附加值均比较低。“说白了,之所以石墨烯不能广泛应用,归根结底还是技术性的问题。”林伯强说,目前,石墨烯在技术方面还需要好几个节点的突破。例如,高质量、低成本、提纯技术、应用技术以及环保性等。而这些技术还有待研究。此前,有研究者认为,在整个产业发展中,市场应用方面来源于研发落后,产业技术也缺乏指导,所以市场需求尚未打开。该研究者还认为,石墨烯在前期投入方面需要大量的资金,且周期长。而且,石墨烯的制备成本也需要进一步降低。


       在此次的采访中,一些专家谈论石墨烯技术在不成熟的前提下,另外一个值得关注的则是石墨烯在生产过程中会给环境带来较大风险。深圳市固废环保科技有限公司董事长高长臣在接受《中国产经新闻》记者采访时表示,石墨烯可分为低浓度、高浓度及纳米级颗粒,对植物、动物、微生物都有生物毒性效应。低浓度石墨烯对生物有促进作用,高浓度石墨烯有抑制作用,而纳米级的石墨烯可进入细胞影响细胞活性等。高长臣说,石墨烯在生产过程中,会产生高耗水、产生大量的废酸,不仅增加治污成本,还会对环境造成很大的风险。环境监管机构要对石墨烯生产企业实施环境保护规划设计,严管研判,把环境风险降到最低。稍早之前,石墨烯的制备方法会带来一些环境的影响,造成生态的破坏能力,再加上石墨烯企业环保设施的却是,政府监管的不到位,所以对环境保护还存在着较大的压力。


       对于石墨烯破坏环境一说,美国加利福尼亚大学的环境工程师沙朗?沃克尔研究了石墨烯进入水体的环境风险,该项研究报告在几年前发表在《环境科学工程》期刊上。据研究发现,在类似地下水的液体中,氧化石墨烯会下沉,不会对水域造成危害。但是在类似地表水的液体中,氧化石墨烯并没有下沉,它会吸附到正在腐烂的植物和动物产生的有机物上,然后随着它们漂浮。那么,动物和人摄取氧化石墨烯的几率就会大大增加。值得一提的是,当前,业内对于石墨烯的争议主要来源于石墨烯对生产者会产生污染。而事实上,石墨烯在生产过程中会不会对环境造成污染似乎是个伪命题。抛开石墨烯,其实,任何的化工类产品在生产过程中都会产生有毒有害的物质,作为一个与污染相关的企业,最关键的要看企业在谋求发展的同时能否与治污并举。例如,技术含量高的环保设施及严格管理日常设施运行是否正常等各方面的措施。与此同时,对于企业,地方监管部门到不到位也尤为重要。“猛将必发于卒伍,宰相必起于州郡”。虽然,当前石墨烯还处于技术概念期,但有朝一日其技术得到突破,石墨烯也将会迎来爆发式增长,而对于环境方面的问题,相信在国家相关部门的监管之下,污染的问题也会迎刃而解。


注释:文章来自中国粉体网


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