近年來,石墨烯一度被稱為“材料之王”“黑金材料”。在此背景下,從中央到地方出臺了大量規(guī)劃和政策性文件推動石墨烯的發(fā)展。
此前,《中國制造2025》和《新材料發(fā)展指南》都將石墨烯列入重點前沿新材料,發(fā)改委、工信部、科技部三部門印發(fā)關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見,明確了中國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo),提出“2020年形成百億產(chǎn)業(yè)規(guī)模,2025年整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模破千億”目標(biāo)。石墨烯相關(guān)企業(yè)也如雨后春筍般涌現(xiàn)。
《中國石墨烯產(chǎn)業(yè)報告》指出,截至2019年中國聲稱制造銷售石墨烯的企業(yè)有16000家。2021年上海市經(jīng)濟信息化委、市發(fā)展改革委等聯(lián)合印發(fā)的《夯實基礎(chǔ)推動本市先進材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展三年行動計劃(2021—2023年)》,明確指出發(fā)展壯大前沿新材料。重點聚焦石墨烯等高精尖新材料和顛覆性技術(shù)創(chuàng)新,依托各類研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺,持續(xù)促進創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化,全力構(gòu)筑先發(fā)優(yōu)勢,搶占未來產(chǎn)業(yè)競爭制高點。
但是,經(jīng)歷了過去的熱度之后,行業(yè)也進入冷靜和沉淀的階段。石墨烯能否產(chǎn)生殺手锏級別的應(yīng)用?行業(yè)面臨哪些痛點?如何與上海市的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)相結(jié)合?中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院材料工業(yè)研究所所長肖勁松在接受21世紀(jì)經(jīng)濟報道記者專訪時認(rèn)為,當(dāng)前石墨烯發(fā)展正處在谷底爬坡階段,經(jīng)歷了技術(shù)萌芽、希望頂峰、跌到谷底,現(xiàn)在正在爬坡,期待登頂。
技術(shù)發(fā)展應(yīng)探求獨特性
《21世紀(jì)》:石墨烯作為新材料,有什么獨特優(yōu)勢?
肖勁松:這樣稱呼或定義石墨烯是可以的,獨特的二維結(jié)構(gòu),使得石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性,是人類已知強度最高、韌性最好、重量最輕、透光率最高、導(dǎo)電性最佳的材料,在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景。其他材料可能具有一種或兩種特性,但石墨烯集眾多優(yōu)勢于一身,所以大家對它寄予厚望。
《21世紀(jì)》:當(dāng)前石墨烯主要應(yīng)用在哪些產(chǎn)業(yè)?
肖勁松:新能源領(lǐng)域,比如負(fù)極材料、導(dǎo)電漿料。大健康領(lǐng)域,比如空氣凈化器、電暖器、眼罩、面膜、口罩。還有環(huán)保領(lǐng)域,應(yīng)用在水污染、空氣凈化,石墨烯表面積比較大,吸附性強,對污染的處理有一定的作用。電子信息領(lǐng)域石墨烯應(yīng)用主要聚焦在散熱,以往臺式電腦通過風(fēng)扇外部設(shè)備被動散熱,但智能手機是高度集成,出于尺寸和重量的考慮,手機只能用材料進行主動散熱,以前用銅、銀這些材料,但石墨烯散熱性能更好,有些品牌的手機已經(jīng)應(yīng)用石墨烯作為散熱材料。
《21世紀(jì)》:您剛剛說石墨烯主要應(yīng)用新能源領(lǐng)域,有信息稱,加入石墨烯的新能源電池“充電10分鐘續(xù)航千公里”,這種說法是號稱還是真的?
肖勁松:這是“號稱”,就目前的技術(shù)來看,不可能實現(xiàn)。首先,加入石墨烯的電池充電速度有一定的提升是真的,充完電能多跑200公里也是有可能的。再有,影響電池續(xù)航能力的不僅僅是材料的問題,還有電管理等問題。
《21世紀(jì)》:石墨烯整個產(chǎn)業(yè)目前的發(fā)展上有哪些痛點難點?
肖勁松:第一個是石墨烯制備,材料的純度、穩(wěn)定性這一塊還不夠,如何提高材料品質(zhì)是要下功夫的。第二個是材料應(yīng)用工程化技術(shù)的突破,任何一批次的材料品質(zhì)都要具有穩(wěn)定一致性。第三個就是材料制備過程中環(huán)保問題,制備時要加強酸、硫酸,量很大,這個也要考慮環(huán)保安全問題。第四個就是成本問題,應(yīng)用推廣難,制備工藝阻礙產(chǎn)能突破,產(chǎn)量不足,價格就難以下來。
《21世紀(jì)》:接下來應(yīng)該怎么做?
肖勁松:首先還是要加強研發(fā),技術(shù)是關(guān)鍵,沒有核心、突破性技術(shù)是不行的。再有,要突出石墨烯材料的獨特性,或者是排他性的應(yīng)用,而不是僅僅替代現(xiàn)有的成熟材料。比如在空氣凈化器里用石墨烯,就要和活性炭相比較,從成本、安全性、效果各方面考慮,不能替代其他材料或者是加一些石墨烯,而要考慮如何將石墨烯獨特的優(yōu)勢最大化發(fā)揮出來。
產(chǎn)業(yè)化前進任重道遠(yuǎn)
《21世紀(jì)》:您在2019年公開演講中說目前我們石墨烯產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)有待突破,專利數(shù)量多但創(chuàng)新能力不足,缺少龍頭企業(yè)帶動,大規(guī)模市場尚未打開,現(xiàn)在2022年了,發(fā)展趨勢如何?
肖勁松:雖然有進步,但問題依然存在。
第一,從技術(shù)性角度來說,技術(shù)的發(fā)展不是短時間內(nèi)就能解決的,新材料的發(fā)展需要經(jīng)歷實驗室階段,然后是小試,再進行中試,最后是規(guī)?;a(chǎn),每個階段都需要時間。再有,材料能不能大規(guī)模生產(chǎn),還要看市場認(rèn)不認(rèn)可、市場的需求。
第二,從成本的角度,材料被大規(guī)模應(yīng)用生產(chǎn),批次要有穩(wěn)定性,實驗室可以做20、30次,上百次實驗,能做出一次合格的產(chǎn)品就行,但工業(yè)化應(yīng)用要考慮成本問題。比如石墨烯在電子信息領(lǐng)域不能廣泛應(yīng)用,石墨烯成本就無法跟硅基材料相比,而且材料本身也不穩(wěn)定。
《21世紀(jì)》:當(dāng)前石墨烯中下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于一個什么階段,有什么特點,接下來往哪里走?
肖勁松:趨于理性了,石墨烯的發(fā)展沒有那么熱了,積淀了一些真心、專心做石墨烯的團隊、企業(yè)。2016年是石墨烯發(fā)展的鼎盛時期,金融、投資界都在談,感覺不談就落伍了。
2019年,我們做了全國的調(diào)研,可以說是“喜憂參半”,喜的是有幾個石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大,憂的是技術(shù)專利總量很多但核心技術(shù)沒有突破,而且產(chǎn)品類別高度集中,同質(zhì)化競爭嚴(yán)重。
現(xiàn)在石墨烯技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展處在谷底爬坡階段,經(jīng)歷了技術(shù)萌芽、希望頂峰,也經(jīng)歷了谷底階段,現(xiàn)在正在爬坡,爬上去才能到穩(wěn)定應(yīng)用階段。
《21世紀(jì)》:現(xiàn)在處在爬坡階段,您預(yù)測一下到石墨烯擠掉泡沫,真正大規(guī)模落地還有多久?
肖勁松:這個沒辦法預(yù)測,比如炭纖維的發(fā)展,東麗公司堅持了50多年,材料領(lǐng)域沒有30、40年的堅持是不可能做出來的??梢哉f是任重道遠(yuǎn)。
《21世紀(jì)》:石墨烯材料未來會不會發(fā)展出幾個殺手锏級的應(yīng)用?
肖勁松:期待,也有希望,但目前沒有。芯片這塊石墨烯如果顛覆了硅基材料,確實會是一個殺手锏級的應(yīng)用,會有體積小、散熱高、功耗小這些特點。在柔性電子上也應(yīng)該會有殺手锏級應(yīng)用,比如電極、屏幕。還有重防腐這一塊,我們進行海洋開發(fā),高溫高鹽高濕的環(huán)境,雖然都是防腐,但和以前不一樣,就像現(xiàn)在的手機和10年前的手機都叫手機,但截然不一樣,這就是顛覆性突破。
《21世紀(jì)》:我們現(xiàn)在發(fā)展出了很多石墨烯產(chǎn)品,在中下游產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品檢測體系完善嗎?
肖勁松:不完善,我們現(xiàn)在也在制定一些標(biāo)準(zhǔn),也參與國際標(biāo)準(zhǔn)的制定,2019年我們統(tǒng)計,地方標(biāo)準(zhǔn)5項,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)40項,參與了2項國際標(biāo)準(zhǔn)的制定,可以說這個數(shù)字是很少的,標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一?,F(xiàn)在雖然大家也重視標(biāo)準(zhǔn)檢測,檢測的機構(gòu)很多,比如國家石墨烯檢測中心在無錫,但我們目前最大的問題就是檢測量不夠,覆蓋不了所有石墨烯企業(yè),第二個是檢測不是從應(yīng)用的角度出發(fā),缺乏一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),檢測力量缺乏整合機制。
《21世紀(jì)》:接下來應(yīng)該怎么完善產(chǎn)品檢測、產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定?
肖勁松:上下游結(jié)合,材料的研發(fā)機構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)、下游應(yīng)用企業(yè)要加強結(jié)合,這樣就可以隨時進行溝通、修訂、完善。一些地方設(shè)立創(chuàng)新中心,其目的就是要產(chǎn)學(xué)研用,共同推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
整合資源相互協(xié)作
《21世紀(jì)》:我們一直在說全國石墨烯發(fā)展的情況,現(xiàn)在聚焦看上海,上海在石墨烯技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展這一塊居于全國什么水平?
肖勁松:從我們所做的全國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展競爭力指數(shù)評價來看,上海處在全國石墨烯發(fā)展第一梯隊,是領(lǐng)先水平的。上海有好幾家不錯的石墨烯企業(yè)和創(chuàng)新平臺,而且石墨烯企業(yè)增長速度快,比如2021年以80%的速度增長。創(chuàng)新平臺基礎(chǔ)好,2016年寶山石墨烯創(chuàng)新轉(zhuǎn)化平臺就是案例。但企業(yè)平臺互相之間的聯(lián)系、交流、協(xié)作比較少,力量比較分散,沒有形成合力。
[中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院材料工業(yè)研究所建材(化工)研究室主任馬琳、頭豹研究院TMT行業(yè)資深分析師游浩坤對此稿亦有幫助]