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石墨烯產業化應用夢想照進現實
吳比較/制圖編者按：2010年10月，瑞典皇傢科學院將諾貝爾物理學獎授予英國曼徹斯特大學科學傢安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，表彰他們在石墨烯材料方面的卓越研究。各方期待石墨烯能夠大規模商業化應用，如今夢想已經照進現實。近日，證券時報記者來到中國石墨烯研究和應用領先的江蘇省，實地探訪瞭江南石墨烯研究院及石墨烯產業鏈條上的相關企業。記者親眼見到瞭批量化生產的石墨烯粉體，零距離接觸石墨烯材料的透明導電薄膜和石墨烯觸摸屏手機，以及添加瞭石墨烯材料的防腐塗料、塑料等一系列的新型材料。證券時報記者 楊麗花石墨烯，勾起人們對未來世界的無限遐想，同時也挑逗著資本市場的敏感神經—相關概念股幾度成為市場的炒作熱點。日前，證券時報記者走訪瞭位於江蘇省的江南石墨烯研究院以及多傢石墨烯產業鏈上的企業。記者采訪發現，國內石墨烯粉體和石墨烯薄膜已具備批量化生產能力，特別是石墨烯粉體價格已經降至每克1~3元，預計一系列石墨烯的產業化應用即將大規模鋪開。石墨烯粉體降至每克3元以下說到中國的石墨烯產業，不得不提常州第六元素材料科技股份有限公司。第六元素是中國首傢實現批量化生產石墨烯粉體的企業。由於第六元素，石墨烯粉體價格得已下降。目前，該公司產能為50噸/年，受益市場需求規模擴大，公司計劃把產能提高至100噸/年。第六元素董事長瞿研博士告訴證券時報記者：“現在，第六元素的石墨烯粉體的價格每噸在100萬~300萬元不等，大約每克1~3元。”在江蘇武進西太湖國分享土地銀行留學貸款去哪汽車貸款的安全合法管道際智慧園，證券時報記者參觀瞭常州第六元素的生產車間與實驗室，近距離接觸到瞭石墨烯粉體。作為科技含量很高的材料，石墨烯粉體的生產過程中，研發、技術和設備都很重要，生產中的人力成本非常小。年產能50噸石墨烯粉體的設備，生產過程中隻需要幾個工人而已。所謂的“石墨烯粉體”，實際上就是單層石墨烯和多層石墨烯的混合物。據介紹，目前公眾對石墨烯的理解有些混亂。一些企業或者是媒體報道中雖然號稱“石墨烯”，但是事實上可能僅是石墨而已。事實上，現在全世界對石墨烯也沒有一個明確的定義。資料顯示，最初的石墨烯僅指一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，是隻有一個碳原子厚度的二維材料。2010年諾貝爾物理學表彰的石墨烯研究指的就是這種材料。後續研究表明，從電學性質上講，兩層與三層、乃至十層的碳原子也具有各自特殊物理性質，目前10層以內的說法逐漸被學術界認可。最近成立的中國石墨烯聯盟標準化委員會認定，10層以內的碳原子材料才屬於石墨烯范圍。對石墨烯層數的統一認識，並沒有完全解決對石墨烯粉體的定義。江南石墨烯研究院副院長董國材提出：“含量20%的10層以下的石墨烯算不算石墨烯粉體？這也值得探討。”業內專傢介紹，現在某些公司號稱已經可以生產的“石墨烯”粉體，而樣品檢測發現為100層碳原子以上。這些粉體材料隻是比傳統的石墨粉體在層數上少一些，或者說是層數更小看起來更細的石墨粉。但是對這類粉體深入的研發也隨著石墨烯浪潮興起。對於這種粉體材料目前比較常用的名字是“石墨納米微片”或者是“處於蓬松狀態的石墨粉”。此外，石墨烯本質上就是碳原子的一種形態，以第六元素為代表的石墨烯制備企業采用“氧化還原法”制備石墨烯，石墨成為最重要的原材料。但是，石墨作為一種非常重要的非金屬礦產資源，全世界資源儲量約15億噸，其中我國儲量約10億噸。而目前石墨烯的計量單位還停留在克、千克、噸這個級別。因此，石墨資源與石墨烯的關聯度，其實並不高。而石墨烯透明薄膜是利用甲烷或者其它氣體在銅箔上生長石墨烯，也就是所謂的氣相沉積法，這種方法生產石墨烯更是與石墨資源毫無關系。位於無錫的格菲電子總經理張刃說：“1克石墨烯薄膜，大約相當於2630平方米。對於年產值千萬的企業，原料成本僅需幾十塊錢。”在生產車間，張刃指著一罐氣體說：“這麼一罐氣，試想一下在這裡炒菜也用不瞭幾天，但我們公司用來制造石墨烯薄膜兩年都用不完。”在無錫，證券時報記者參觀瞭石墨烯薄膜生產的全過程。這對石墨烯同行來說，肯定是屬於商業機密瞭。證券時報記者看到，石墨烯薄膜的生產，其實就是把氣體通過一系列處理，特別是高溫處理，使其生長的銅箔上，大約要兩個小時才能長滿。石墨烯本身是透明的，對於銅箔來說，上面有沒有附著石墨烯，在顏色上僅稍微有一點點差別，一般人很難看出來。業內人士告訴記者，通過這種方法制作的石墨烯薄膜的尺寸，基本取決於銅箔的大小，石墨烯薄膜的尺寸和技術水平關聯度不大。在商業化環境中，探討石墨烯薄膜的尺寸意義不大，綜合的經濟成本才是關鍵性因素。在綜合經濟成本當中，原材料雖然可以忽略，但是把生產石墨烯以及石墨烯從銅箔上取下來總體來說還是一個復雜的過程，每一道工序都在無塵的環境中完成。記者參觀時也需要穿上特殊的服裝和手套，全身上下僅有眼睛暴露在外面。此外，石墨烯薄膜生產過程中，檢測檢驗也是非常重要的程序。總體來看， 目前批量生產石墨烯的方式主要是兩種：一種是利用化學氣相沉積在金屬表面生長出單層率很高，面積很大的石墨烯薄膜材料；一種是將天然石墨通過物理或者化學的方法粉碎，形成石墨烯粉體看起來就是很細的黑色粉末。也因此，石墨烯的制備分為兩種：石墨烯薄膜和石墨烯粉體。國內，現在前者以常州二維碳素科技有限公司、格菲電子為代表，後者以第六元素、寧波墨西為代表。手機觸摸屏打響石墨烯應用第一槍去年年底，全球首款石墨烯材料顯示屏的手機在江蘇誕生。證券時報記者瞭解到，已有多傢國際知名手機品牌廠商與二維碳素、格菲電子等石墨烯薄膜廠達成合作協議，2014年將有多款采用石墨烯ITO膜的觸摸屏手機推向市場。首款石墨烯材料顯示屏的手機由無錫愛維特信息技術公司研制。該公司CEO張婷介紹，該手機與同類產品相比，具有低碳環保、材質纖硬、清晰通透及觸控靈敏的特點。更為重要的是，采用石墨烯材料生產的ITO薄膜，成本較之前下降一半。這對於競爭慘烈的觸摸屏行業來說，意義非同一般，甚至可能決定生死命運。張刃介紹：“2011年時，一塊4.5英寸的石墨烯薄膜在國際市場上要賣到2萬美元。而現在我們也可以生產瞭。我們現在基於ITO觸摸屏技術，把石墨烯透明導電薄膜做成觸控感應器，每片出廠價格隻要3元，而市場上普通材料生產的觸控感應器價格在7元左右。如果是雙層多點的產品，價差就更大瞭。”據統計，2012年觸控傳感器總體出貨量達1200萬平方米，2015年可能將達到3600萬平方米。這在一定程度上也展現瞭石墨烯ITO薄膜的市場空間。二維碳素是中國規模最大最成熟的石墨烯薄膜制造企業。二維碳素總裁金虎告訴證券時報記者：“手機觸摸屏隻是石墨烯薄膜應用的一個方向。我們的目標是要圍繞著石墨烯薄膜做企業，為各個行業提供不同類型、不同用途的石墨烯薄膜。” 看起來石墨烯薄膜的生產工藝基本一樣，但是用途不同，可能需要的薄膜也略有差別，比如制作手機觸摸屏的石墨烯ITO膜，其實是兩層或者是三層的石墨烯材料，生長方法和單層的也略有不同。金虎稱：“根據我們的研發進展和對市場的瞭解，石墨烯薄膜在2014年的亮點就是在觸摸屏領域 ，2015年在柔性顯示、可穿戴電子將有所突破；2016年國內國外的企業可能會在柔性太陽能電池方面有所突破，2017年可能將會大規模應用在科技領域。”據瞭解，現在石墨烯薄膜材料已經在醫療等領域取得瞭突破，獲得瞭較好的評價，正待向社會正式宣佈。石墨烯應用將由低端向高端延伸如果說，二維碳素為首的石墨烯企業主導瞭國內石墨烯薄膜的研發與應用，那麼第六元素則在石墨烯粉體方面的推廣上功不可沒。第六元素降低瞭石墨烯的生產成本，免費向中國的科研院所以及企業提供科研用的石墨烯，這使得石墨烯的相關商業化研發和運用得以全面鋪開。1月13日，中超電纜(002471,股吧)公告稱，與江南石墨烯研究院、第六元素、西安交大技術成果轉移有限公司簽署合作意向書，共同成立常州中超石墨烯電力有限公司，重點經營石墨烯電纜及電力行業用石墨烯材料、石墨烯復合材料的研發、制造等。據證券時報記者瞭解，把石墨烯添加到電纜中，將極大地改善半導體材料的性能，電纜的毛利率也將會得到提升。一旦成功，市場前景非常大。和中超電纜的合作，隻是第六元素推廣應用石墨烯一個縮影。證券時報記者近日在第六元素采訪時，偶遇國內某知名光伏企業來第六元素參觀考察，希望與第六元素合作研發，把石墨烯應用至光伏領域，提升無機光伏性能。在采訪期間， 證券時報記者還看到瞭石墨烯替代氧化鋅的防腐塗料，一份石墨烯可以替代50份氧化鋅，這意味著如果未來用石墨烯替代氧化鋅，每噸防腐塗料就可以降低成本1000~2000元；一些塑料材料，因為添加瞭石墨烯而具備瞭導熱功能。第六元素董事長瞿研說：“我們的目標是做世界最大的石墨烯粉體制備商，希望與更多的企業合作，共同研究石墨烯的商業化應用。”格菲電子首席技術顧問周海燕說，石墨烯就是一種神奇的材料，隻要添加一點進入其它材料就有可能產生神奇的效果，作為材料界產生革命性改變的“超級材料”，它幾乎無所不能。石墨烯不僅“最薄、最強”，作為熱導體，它比目前任何其它材料的導熱效果都好。利用石墨烯，科學傢能夠研發一系列具有特殊性能的新材料。因為它的電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發展出更薄、導電速度更快的芯片，取代矽材料。由於石墨烯實質上是一種透明、良好的導體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板，甚至是太陽能電池。超級電容和芯片，是全世界研究石墨烯的重點領域，也是未來石墨烯革命的決勝點。有石墨烯領域專傢認為，中國寶安(000009,股吧)作為石墨烯概念股，其意義不在於石墨烯的制備能力，而在於其未來可能在電池應用上的突破。石墨烯在儲能方面的應用，也是江南石墨烯研究院的重點研究領域，也是全世界研究的重點課題，不過，現在尚沒有重大突破。深圳清華大學研究院前院長、江南石墨烯研究院名譽理事長馮冠平認為：“石墨烯的應用必然是一個由低端向高端延伸的過程。利用石墨烯的導電導熱性的低端應用這兩三年內將會崛起，而應用於光電轉換的電池以及代替矽材料的芯片領域，仍需要較長的時間。”政府搭臺資本唱戲一級市場熱捧石墨烯石墨烯概念屢屢在二級市場受追捧並不稀奇。因為這個行業從總體上來講還是一片藍海，率先進入的上市公司，將有廣闊的市場空間，而且很可能占據絕大部分的市場份額。隻要在上市公司自有領域，添加石墨烯材料對自我產品進行改善，就有可能搶占市場，改變原有的市場格局。據瞭解，現在已有多傢上市公司展開瞭石墨烯應用領域的研發。如果說二級市場上石墨烯“概念”炒作成份居多，那麼一級市場的淘金夢則越來越清晰。江蘇在石墨烯領域走到瞭前面，背後離不開政府與資本的支持。2010年，我國著名的傳感學專傢、天使投資人、時任深圳清華研究院長的馮冠平，最早嗅到瞭石墨烯的機會。恰巧美國德克薩斯大學奧斯汀分校機械工程系研究石墨烯的有一半是華人，且多是清華大學走出去的物理學高材生。馮冠平多次去美國遊說，鼓勵他們回國發展。現在中國石墨烯行業的創業者、高校和研究所裡石墨烯研究專傢不少都來自德克薩斯大學奧斯汀分校。馮冠平一方面遊說專傢， 另一方面又遊說政府。回國創業時，馮冠平對時任常州市市委書記范燕青建議，“政府來投資公共平臺，我來投資企業，一起把石墨烯產業做起來。”2011年5月25日，范燕青召集召開專題會議，決定以組建石墨烯研究院為載體，整合優質科技資源、集聚高端研發人才、突破共性關鍵技術、加速成果轉化和企業孵化。當年10月18日，常州市政府、武進區政府共同出資5000萬元，國內首傢面向石墨烯應用領域的應用技術部研發及產業孵化平臺—江南石墨烯研究院成立。武進經濟開發區無償提供土地3500平方米。集科學傢與投資傢於一身的馮冠平也如約以種子基金的形式投資瞭這幾個從美國回來的創業團隊，包括現在廣為人知的第六元素、二維碳素等。而江南石墨烯研究院作為首個研究石墨烯的研究機構，如今也成立石墨烯薄膜材料實驗室、石墨烯新能源實驗室、石墨烯生物醫藥實驗室、石墨烯生長機理實驗室、石墨烯復合材料實驗室等12個專項實驗室，並且已有多個科研項目走出實驗室，進入孵化階段。眼下石墨烯在科研和產業化上都很熱門。除瞭江南石墨烯研究院外，北京大學、清華大學、中科院的物理所化學所、沈陽金屬所、寧波材料所都把石墨烯作為重點研究領域，幾乎所有的綜合性高校都開展瞭石墨烯的研究。除此之外，地方政府對石墨烯的熱情也空前提高，江蘇、四川、內蒙、深圳等各級地方政府紛紛出臺政策，扶持石墨烯產業；也有越來越多的資本向石墨烯產業伸出橄欖枝。據瞭解，國內一傢較有名的石墨烯企業，在一級市場的估值兩年內就已經翻瞭10倍；一傢石墨烯項目還沒有真正上馬就獲得瞭風投上千萬的投資。面對石墨烯發展越來越明朗的前景，第六元素董事長瞿研說：“成與不成功就在這一兩年即可見分曉。不過，我不成功並不代表石墨烯行業不能成功。”瞿研心中的成功與否，並不是以金錢為衡量標準。據瞭解，因為率先掌握大規模制備石墨烯的技術，近兩年找瞿研談合作的非常多，有風險投資也有上市公司，有真心想做石墨烯的，也有想借石墨烯概念在資本市場撈金，騙取地方政府土地和資產支持的，瞿研團隊有很多誘惑可以創業，也有很多機會盡早變現退出，但他始終以科學傢的態度堅守。瞿研說：“創業者還是要有一個夢想。”
新聞來源http://news.hexun.com/2014-01-22/161641647.html
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