據(jù)外媒“石墨烯信息”網(wǎng)八月五日報道，麻省理工學(xué)院的研究人員近日開發(fā)出一種柔性透明的石墨烯太陽能電池。它可以被安裝于各類物質(zhì)表面上，從玻璃到塑料，連紙張和磁帶也可以。

被譽為“黑金”的石墨烯近年來受到科學(xué)界的重點關(guān)注，大有薪薪之火有燎原之勢。我國石墨烯的研發(fā)與應(yīng)用又是什么樣的情況呢?

究竟石墨烯是什么?

2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的研究者利用膠帶反復(fù)刮擦石墨片，直至獲得單層的石墨，也就是石墨烯。它是只有一個碳原子厚度的二維材料，是目前世界上最薄也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，至吸收2.3%的廣，同時導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性都非常高，結(jié)構(gòu)也非常穩(wěn)定，市場應(yīng)用前景十分廣闊。

科學(xué)家預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀”，有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。為此，近10年來全球從事這個領(lǐng)域研究的科學(xué)家們，都力求在石墨烯的制備技術(shù)上盡快突破，期望能早日實現(xiàn)量產(chǎn)，搶占國際市場制高點。

石墨烯制備技術(shù)還有待提升

石墨烯的制備方法重要分為“自上而下”和“自下而上”兩類方法。“自上而下”法是通過剝離石墨材料來制備石墨烯層，如微機械剝離法、氧化石墨還原法、碳納米管軸向切割法、液相分離法;而“自下而上”法是通過碳原子的重新排列來合成石墨烯，如化學(xué)氣相沉積法(CVD)、外延生長法、有機合成法等。

目前行業(yè)應(yīng)用上，氧化還原法用的較多。該方法而且可以制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液，解決了石墨烯不易分散的問題，而且成本低廉也容易實現(xiàn)，但是這種制備方法容易帶來廢液污染和制備的石墨烯存在一定的缺陷。

隨著技術(shù)的不斷改進，部分制備方法也從實驗室走向了市場。據(jù)聚碳復(fù)材董事長陳小剛介紹，其公司采用的是物理法量產(chǎn)石墨烯，該方法能真正實現(xiàn)“零排放”，并且是世界上少數(shù)能以業(yè)界普遍接受的成本實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)石墨烯。

聚碳董事長也坦言，聚碳復(fù)材通過物理法制得少層石墨烯，其重要優(yōu)點是徑厚比大、生產(chǎn)過程無污染、保留了二維材料優(yōu)秀的機械性能和電學(xué)性能。但是這并不是嚴格意義上的石墨烯。單層石墨烯才是嚴格意義上的石墨烯。

目前，國內(nèi)國外制備出來的石墨烯基本是少層或多層的。當(dāng)層數(shù)大于10層，一般稱為多層石墨烯。因為石墨烯的優(yōu)異性能會隨著層數(shù)的新增顯著下降，業(yè)界認為，超過10層便不具備石墨烯材料的優(yōu)異性能。

石墨烯當(dāng)前的制備技術(shù)雖然取得了巨大進步，但制備技術(shù)在現(xiàn)階段還是不夠成熟。

資源配備制約著石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

另外，石墨烯的深度應(yīng)用要從實驗室走向市場的技術(shù)攻關(guān)和資源配備還需一個漫長的過程。

當(dāng)前市場上石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，重要是在重防腐涂料、石墨烯散熱薄膜、石墨烯基電池等方面。事實上，這些應(yīng)用對石墨烯質(zhì)量要求不是太高，部分領(lǐng)域產(chǎn)品雖然實現(xiàn)商品化，性能并沒有體現(xiàn)出驚人的效果。在新能源領(lǐng)域，有些石墨烯導(dǎo)電劑的產(chǎn)品性能還不能與碳納米管相比，這本身與石墨烯的層數(shù)有關(guān)，石墨烯只能替代部分的傳統(tǒng)材料。

石墨烯優(yōu)良的性能，在實驗室中可以絕佳的呈現(xiàn)，但應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，必先解決一些列問題。比如，業(yè)界普遍看好石墨烯應(yīng)用到現(xiàn)有動電池中，既能提升電池容量又能提高電池的充電速度。

陳小剛介紹，聚碳復(fù)材的工程師掌握了石墨烯和磷酸鐵鋰原位復(fù)合技術(shù)，這項技術(shù)能實現(xiàn)無論多大容量都能在5分鐘內(nèi)充滿電的設(shè)想。但是，目前無論是隔膜、電解液等還不能負荷這項技術(shù)的實際應(yīng)用。

技術(shù)制約、資源配備在很大程度上制約了石墨烯的發(fā)展，石墨烯在產(chǎn)業(yè)化和頂端利用方面，可以說任重而道遠。

行業(yè)環(huán)境向好

但石墨烯由于薄且硬、透光好、導(dǎo)熱強、導(dǎo)電率高的優(yōu)異性能，其應(yīng)用前景會非常廣闊。相信在全球范圍對石墨烯研發(fā)與應(yīng)用的熱度只增不減。業(yè)界預(yù)計，未來五年到十年，石墨烯年產(chǎn)量將到達千噸級。到2020年，石墨烯工業(yè)化規(guī)劃將取得突破，并到達千億級別。

國家在“十二五”規(guī)劃中間明確將新材料列為重要的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè);國家自然科學(xué)基金委員會已經(jīng)陸續(xù)撥款超過3億元資助石墨烯相關(guān)項目;國家引導(dǎo)石墨烯產(chǎn)業(yè)成立了我國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟……國家和各級政府的一系列的支持政策、行業(yè)標(biāo)準逐步完善中、民間資本不斷涌入，使石墨烯制備和應(yīng)用技術(shù)得以大力發(fā)展，目前水平已經(jīng)能與國際比肩。

市場火熱并不見得是壞事

同時，國內(nèi)石墨烯行業(yè)也存在著“研發(fā)熱”、“應(yīng)用熱”的問題。重要表現(xiàn)在一些科研單位與材料領(lǐng)域的生產(chǎn)公司，在概念依然模糊，缺乏開發(fā)能力的情況下，就投入大量的資金;或者石墨烯關(guān)鍵核心技術(shù)還沒有解決，真正意義上的石墨烯產(chǎn)品還沒出來，一些研發(fā)與生產(chǎn)單位，就開始到處游說開發(fā)成功。有專家擔(dān)心這些不務(wù)實、非理性的跟風(fēng)式發(fā)展，嚴重影響力石墨烯產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

但筆者認為，市場這種種“熱”并不見得是壞事。隨著整個石墨烯行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展及下游應(yīng)用的成熟，雖然還未出現(xiàn)具有“顛覆性”的應(yīng)用方向，但是在一些相對成熟的領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)越來越明朗。就目前石墨烯在重防腐涂料、石墨烯散熱薄膜、石墨烯基電池等方面應(yīng)用出現(xiàn)的效益是顯而易見的。“研發(fā)熱”、“應(yīng)用熱”終歸是要通過產(chǎn)品體現(xiàn)的，而受益的除了產(chǎn)品本身，對產(chǎn)品所在行業(yè)無疑也是利好消息。

石墨烯應(yīng)用市場上，無論資本、公司、市場如何炒作，將極大程度低提升石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品的質(zhì)量和應(yīng)用范圍。石墨烯的運用與發(fā)展最后必將是核心技術(shù)的競爭，市場自然會進行優(yōu)勝劣汰、資源整合，推動石墨烯行業(yè)形成完整、成熟的產(chǎn)業(yè)鏈。