对石墨烯产业化现状和未来趋势的认识

对石墨烯产业化现状和未来趋势的认识

■ 文/姚 磊

北京碳世纪科技有限公司

近几年，石墨烯学术和产业界的许多专家学者已经针对石墨烯卓越的特性及广阔的应用前景，进行了细致、精彩的研究和解读。在此，笔者仅就北京碳世纪科技有限公司（以下简称“碳世纪”）在石墨烯产业化进程中遇到的机会和挑战进行分析。碳世纪主要采用化学法制备石墨烯，笔者本文所谈对石墨烯的认识和理解，也是基于化学法制备的石墨烯而言。另外，笔者在此声明，碳世纪有其特殊性，所遇到的问题不一定具备普遍性。

一、对石墨烯产业化的认识

1.现阶段石墨烯产业化需要的人才

自2004年石墨烯被发现到现在，科学界和产业界对这一新材料的研究已有近10年时间，但石墨烯产业真正的爆发是在近几年，特别是2010年石墨烯发明者获得诺贝尔奖以后。目前，在石墨烯领域还有大量相关工作需要突破，但同时也有大量应用研究成果随之而出，初步具备了产业化的可能性。

现阶段，在技术研发方面需要一

批具备“科学家的头脑、工程师的双

手”、既对石墨烯的性质有着深刻认

识，又对下游应用产品有着良好感觉

的人来完成开创期最关键、最艰难的

几步。

与此同时，产业还需要一些非技

术人员配合技术团队工作。目前，石墨

烯企业还没有发展到靠优厚的薪资来

吸引高素质管理人才加盟的程度。此

时，石墨烯行业的非技术团队更需要

一群乐观、对未来充满希望、不安于现

状、愿意为明天赌一把的人来支撑。

2.石墨烯的界定问题

石墨烯毕竟是微观世界中的纳

米材料。目前，业界还没有一个统一的

标准来界定什么是“石墨烯”。而且，估

计在很长一段时期内这样的标准也难

以出台。科研领域，讲究的是严谨和准

确；产业领域，讲究的是效率和结果。

如何抚平科学和技术之间的鸿

沟？现阶段，不必过多争论什么是石

墨烯。当下的重点工作是在保证能大

规模制备出高质量石墨烯的前提下，

将精力更多地向应用开发倾斜。石墨

烯具备能够很好促进其他材料提升性

能的纳米结构，可以在不破坏材料原

有基础性能的前提下，极大程度提升

该材料某些特殊性能。这一过程，主要

是通过对石墨烯和其他材料复合的方

式及对石墨烯片径的控制来实现。

“要做有用的石墨烯，而不是纯粹

的石墨烯。”化学法制备的石墨烯具备

上述特质。

3.石墨烯产业化过程中遇到的问题

目前，碳世纪已经有3款石墨烯

应用产品走出了实验室，开始进入示

范生产阶段。这3款产品分别是石墨

烯改性超级电容器用储能活性碳、石

墨烯改性高密度聚乙烯（H D P E），以

及一款目前还属保密阶段的产品。现

仅就石墨烯改性超级电容器用活性碳

为例，谈谈碳世纪对石墨烯应用的认

识和在产业化过程中遇到的问题。

活性炭是超级电容器电级材料的

主要组成部分。目前，应用在储能方面

新材料产业NO.11 201429

的活性炭主要原料为椰壳和石油，这2种类型的活性炭基本都被国外厂家垄断。碳世纪通过石墨烯改性，实现了以前不能够用做储能的国产活性炭，达到储能级的产品要求，并且在性能和稳定性上有质的飞跃。在研发过程中，笔者团队遇到了很多超越技术因素之外的问题。下面就此谈谈笔者的认识和思考。

（1）学术界、资本界的热与产业界的冷目前，全国几乎所有理工科高校都有石墨烯相关课题组，有的学校甚至还不止一个，但学校老师们更关注的问题是如何发文章。资本界也是热火朝天，但接地气的投入可谓寥寥无几。产业界是“不见兔子不撒鹰”的观望态度。石墨烯产业的现状可以形象直观地表述为，一边是大量停留在科学家的头脑里或纸面文章里的想法，一边是工厂工程师直接伸手要现成产品的诉求。

这种科研和产业结合的不紧密，不仅仅是国内存在的问题，也是世界性问题，但国内表现的更为突出。

从科学家的想法变成一个现成的产品，需要经过5个过程，分别是：①实验室阶段。主要负责思想上的突破，证明方法的可行性，由技术员和科学家操作。②实验工厂阶段。用接近实验室的手段和工具，用人工操作的方式证明思想的可行性，并实现工业方案。

③示范生产线。用接近工业生产的手段验证工业方案。④示范工厂。完全工业化设备，验证预算和成本。⑤工厂。真正满足市场的生产。这5个过程缺一不可。

在国内，要想真正能见到效益并且被社会接受，可能就得从实验室一口气干到工厂，其中难度可想而知，如果简单应用改进尚可，但是就石墨烯这种接近科学前沿的应用而言，能够

成功的人必须得是集科学家、工程师、

企业家于一体。这个要求几近苛刻，社

会上几乎不存在这样的人才或团队。

这一问题在国内短时间内没有

好的解决办法。石墨烯做为材料领域

的产品，对投资者的技术背景要求更

高，要想真看明白，可能要比互联网还

要难。长期来看，解决此问题需要依靠

提高社会整体的认知水平；完善产权

交易的不同层次市场；培养出真正有

鉴别能力的投资者，以及一批具备技

术原创性且能够因为知识而获利的企

业，以及打造原创的科技技术在不同

阶段都有获利或融资的平台；降低技

术型创业企业的风险，不至于让科技

型创业企业只有华山一条路。

（2）政府招商的热与落地配套政策的冷

目前很多地方政府，对石墨烯项

目都趋之若鹜。首先要肯定这些地方

政府长远的眼光、敢为天下先的勇气。

目前来看，在国内真正能起到天使投

资作用的，可能就是各个地方政府，这

也是由我国的国情所决定。在石墨烯

项目的招商上，地方政府不可谓不诚

恳，出手不可谓不大方。但是，石墨烯

产业存在的很多问题是系统性问题，

仅仅靠资金和创业团自身依然不能得

到解决。

目前，石墨烯产业主要遇到的问

题是环评、安全生产资质、废料处理

等方面没有配套政策跟进。化学法是

目前最有可能实现大规模工业化生

产石墨烯的方法之一。目前对石墨烯

敞开怀抱的城市大多是对环保要求

极高的城市，所以环保问题是必须要

解决的问题。例如，石墨烯生产所产

生的废酸比化工生产中产生的废酸

干净，可是废酸处理依然是困难重

重。由于废酸收集企业对制备石墨烯

产生的废酸特点不熟悉，自然不愿意

做。因此，高昂的废酸处理成本全由

石墨烯企业承担。

（3）实验室设备和工业化设备的衔

接缺陷

从实验室到工厂是放大、放大、

再放大的过程。过渡越有序，过程就

会越平稳。国内小型实验型生产机器

极为缺乏，导致实验成本居高不小。

特别是在高分子材料领域，动辄投料

就在100k g左右；超级电容器领域对

材料的需求也是相当的大。材料收集

是一个漫长的过程，这种情况严重影

响到整体的效率。此外，设备置办成

本也是一般创业型企业所无法承受

之重。

二、对石墨烯产业化的展望

石墨烯，特别是化学法制备的石

墨烯，具备广泛的应用前景。碳世纪

认为第一个获得突破应用的石墨烯

领域将是超级电容器电极材料；能

够彻底带动石墨烯需求，并使得石墨

烯真正得到工业化大生产规模的应

用是石墨烯和高分子材料复合新材

料。届时石墨烯不再像现在这样高不

可及，将会成为一种常见的高端工业

原材料。此外，石墨烯在高分子材料

领域的应用，一定要具备其他材料满

足不了的特性，避免陷入与共性产品

拼价格的窘境。

三、结语

无论是从石墨烯自身的前景看，

还是从国家目前的产业转型看，石墨

烯作为最有代表性的碳材料，一定能

在新材料领域掀起一股不亚于当年互

联网在I T产业领域里掀起的波澜壮

阔的变革大潮。

10.3969/j.issn.1008-892X.2014.11.008

Advanced Materials Industry 30