石墨烯产业化快马加鞭 可用于制作超轻防弹衣

2014-1-24 12:58 来源: 中华工商时报
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  超轻防弹衣、超薄超轻型飞机、超薄能折叠的手机、高强度航空材料、高性能储能和传感器、超级电容器,越来越多基于石墨烯材料的未来设备进入科学家的研究视野。

  石墨烯神秘又神奇的特性令人对其未来前景产生无限联想。目前在国内,有关石墨烯的应用研究开展得如火如荼,众企业和园区皆对石墨烯产业情有独钟,一些地方政府也拿出资金予以扶持,并试图抢占石墨烯产业发展高地。专家表示,石墨烯优异的性能使其应用价值和应用范围极大,有望形成万亿元产业规模。

  应用范围广

  “从来没有一种材料能像石墨烯这样在各个领域都广受关注。”业内人士感慨,虽然国内外目前还没有实实在在的石墨烯产品问世,“但它是众多‘明星’材料中最接近应用的材料。”

  超轻防弹衣、超薄超轻型飞机、超薄能折叠的手机、高强度航空材料、高性能储能和传感器、超级电容器,甚至更富想象力的太空电梯,越来越多基于石墨烯材料的未来设备进入科学家的研究视野。

  其中,透明电极的应用最引人注目。“石墨烯良好的电导性能和透光性能,使它在透明电导电极方面有非常好的应用前景。”业内人士表示,如今电子产品中的触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、有机发光二极管等都需要良好的透明电导电极材料。

  传统的电导电极应用的是氧化铟锡,而这种材料脆度较高,比较容易损毁。与之相比,石墨烯不仅更加坚硬,性能也更好。

  “氧化铟锡光通过率比较低,用石墨烯的话,显示器的屏幕会更亮。”中国科学技术大学物理系教授曾长淦告诉记者,石墨烯在透明电极方面的应用会大幅降低电子设备的成本,并使其更省电、更清晰,“十年内,石墨烯在透明电极方面肯定能够实现商业化”。

  97%以上的光通过率在为透明电极的应用带来变革的同时,也使太阳能产业的升级成为可能。据专家介绍,当前市面上的太阳能电池板基本为多晶硅,其光电转换率为30%左右,而石墨烯太阳能技术的光电转换效率高达60%,是现有多晶硅太阳能技术的2倍。尽管国内外科学家对石墨烯的研究越来越透彻,对其应用的探索成果也不断涌现,然而市面上却鲜有真正的石墨烯材料产品问世。

  制备技术是石墨烯进入应用领域、实现产业化的拦路虎之一。高成本的制备技术推升了石墨烯的市场价格,其价格一度达到每克5000元,是黄金的十几倍。业内人士分析,我国在石墨烯制备方法研究领域还面临较大挑战。“挑战主要在于如何制备大面积、杂质缺陷可控的高质量单晶材料以及如何改进现有硅基工艺融合的石墨烯加工技术。”

  “随着石墨烯制备技术的升级,产业化生产的条件也不断成熟,相信在未来几年,石墨烯制成的新产品将不断涌现。”业内人士表示。

  产业化进程或加快

  “国内石墨烯实现产业化2-3年内将初见成效。”清华大学深圳研究院创始院长、清华大学教授冯冠平预计。

  “我们要做的就是努力使石墨烯从黄金价降到白菜价,但依然保有黄金的品质。”冯冠平表示,只有将原材料成本降低,才能使石墨烯更广泛地应用到各个领域中,否则石墨烯将无法实现产业化。

  中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春讲到,原先业内普遍认为石墨烯实现产业化至少需要5年的时间,但是目前,我国在石墨烯应用方面的研究成果层出不穷,在某些领域,石墨烯可能只需要2-3年的时间就可以实现产业化。“目前石墨烯及其相关应用技术的发展非常快,产业化应用大大超出预期。有些预计2020年才能完成的应用,极有可能在2015年就能实现。”李义春表示,“虽然石墨烯产业的走向是乐观的,但的确还需要时间。”

  李义春认为,我国石墨烯产业的发展与此前光伏产业的发展大不相同。光伏产业走的是“进口设备-组建生产线-大规模生产-产能过剩”的路径,低水平重复建设问题严重;而石墨烯产业由于全球都没有现成的技术和经验,各国均从研发做起,通过研发突破形成核心竞争能力,而后根据企业自身的特色实现与本地的产业衔接与落地。

  现阶段已经有不少企业根据自身特色研究如何提升产品性能、降低生产成本,在自身所从事领域寻求突破。一些地方政府在石墨烯产业化发展方面做了一些战略布局,已经形成自己的产业特色。比如青岛,由于当地海洋经济较发达,石墨烯在当地承接的都是与海洋相关的产业,如海水淡化、防腐涂料等。“石墨烯与当地产业的承接,可以快速开拓下游应用。”李义春表示。

  虽然石墨烯产业化到来的时间可能会比原先预计的快很多,但李义春表示,目前大部分石墨烯研究成果还停留在实验室阶段,批量化生产仍存在一定困难。目前,中国石墨烯产业技术创新战略联盟正在引导各地方政府加强对石墨烯产业化应用研究的支持。

  加大政策扶持

  “未来,在石墨烯产业化应用方面,我国将有可能引领世界。”李义春表示,虽然国外很多地方都发布或资助了一系列石墨烯相关研究计划和项目,但我国拥有庞大的石墨烯应用市场,而且研发进度并不落后,未来,我国在石墨烯产业化应用方面大有前途。

  目前,各地发展石墨烯产业的积极性很高,中国石墨烯产业技术创新战略联盟正在引导各地方政府加强对石墨烯产业化应用研究的支持,加强公共平台的建设。李义春说:“只有加大扶持,才能将创新团队引进来,通过创新团队与企业的合作将研发成果推向应用,进而推动产业化。”

  工业信息化部原材料司副司长高云虎曾表示,石墨烯属于纳米材料范畴,在编制新材料产业“十二五”发展规划的时候,石墨烯还没有目前这样热门,产业应用前景也并不明朗,因此规划没有把石墨烯作为主要重点,但随着技术和应用的突破,下一步将会统筹研究并予以考虑。

  李义春透露,国家有关部门极有可能在2014年出台支持石墨烯产业发展的政策,包括专项资金的支持,重点推动石墨烯的应用,与地方政府形成互动,共同推进石墨烯产业化。

  “值得高兴的是,以前我国大部分的企业在投入一个项目时往往选择今年投入明年就能见效的项目,而如今很多企业率先投入石墨烯这样一个全新的项目,说明企业的创新认识提高了。目前石墨烯并没有形成产业,必须从研发做起,只有率先投入,掌握核心技术,才能在竞争中处于优势地位。”李义春表示。

  为规范石墨烯产业发展,中国石墨烯标准化委员会正式成立,中国石墨烯研究及检测公共服务平台同时启动,石墨烯产业标准也正在推进当中。李义春表示,当前,石墨烯产业正处于起步发展期,尚未形成由少数跨国公司控制产业发展的垄断格局。因此,率先建立石墨烯产业标准对我国在新一轮高新技术产业国际竞争中抢占先机具有重要意义。

  据悉,2014年我国将组织召开首届国际石墨烯研发、创新及产业化论坛,同时成立国际石墨烯技术创新战略联盟,为中国引领国际石墨烯产业发展奠定基础。