“新材料之王“——石墨烯,走下神坛


发布时间:2018-05-03


2010年诺贝尔物理奖的公布,让全世界认识了石墨烯这一神奇的二维材料。随后人们对石墨烯的基础研究和应用探索如百舸争流。近两年,石墨烯开始走下神坛,如今石墨烯行业看似低调,业界却是暗自较劲。

有“工业味精”之称的石墨烯将如何“飞入寻常百姓家”?

1降火

石墨烯是当前世界上最轻的材料。因具有良好的抗拉强度及透光、导电和导热性能,它被誉为新世纪的“材料之王”。

一项新技术的诞生,蕴藏着改变世界的力量。自2004年英国曼彻斯特大学的两位俄裔科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫巧妙地利用机械剥离法分离出单层的石墨烯以后,石墨烯材料吸引国内外专家数十年的探索研究,市面上可见的“石墨烯+”产品如雨后春笋般出现,但从产品和技术周期来看,石墨烯的热度正在逐渐消散。

由于下游领域无法消化这些新生的石墨烯产能,导致产品同质化引发的恶性竞争。在此期间,一部分石墨烯原材料厂商开始寻求下游应用的破局思路,开发石墨烯的终端产品,通过提高产品在下游市场的渗透率来带动自身原材料的生产销售。业界都在讨论,到底是先提升原材料的品质,还是先把市场做起来?

实际上,不仅仅是石墨烯,很多新兴技术在发展的过程中都会经历热炒、逐步务实到大规模发展等阶段。石墨烯正在度过炒作期的高点,进入到低调发展的阶段。

2曙光

宋代诗人杨万里有一首质朴的小诗:“莫言下岭便无难,赚得行人空喜欢。正入万山圈子里,一山放过一山拦。”用来形容石墨烯行业也颇为贴切。
目前,国内石墨烯产业化应用进行到哪一步了呢?

石墨烯创业难在它没有市场,创业者需要挖掘和培育一个新市场。石墨烯企业不仅要把材料做出来,还要把材料的应用产品做出来。石墨烯制备出来以后,应该卖给谁呢?

出乎意料的是,石墨烯触摸屏虽然为石墨烯首个应用打开了一扇窗,却让二维碳素走入了一个困境:随着触摸屏市场快速红海化,产品很快失去了利润优势。

在触摸屏市场竞争激烈的2015年,企业家们发现了一个全新的蓝海市场。二维碳素正在研发的石墨烯压力传感器,有了明确的市场目标。

今年,石墨烯传感器能实现量产和可观的销售额十分乐观。石墨烯传感器的技术门槛很高,主要难在开发的过程中与下游客户进行的系统性磨合。

虽然触摸屏产品没能让二维碳素扭转亏损的局面,但它让我们在手机产业链里摔打了四五年,才找到传感器的新机会。这应该是石墨烯的杀手锏应用。

石墨烯的产业化应用远没有预想的那样快。它们会成功吗?

“从石墨烯产业发展来看,表面上风平浪静,实则暗潮涌动。它已进入深水区。”从2011年开始关注石墨烯的国家新材料产业发展专家咨询委员会委员、中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春告诉《经济》记者,简而言之,“忽悠时代”已经过去。

目前石墨烯产业发展较快主要有三个领域:

石墨烯防腐材料

新能源汽车电池

石墨烯电加热膜。

3分歧

业内对石墨烯的看法存在分歧。不仅如此,国内外对石墨烯的看法颇为不同。分歧是否意味着机会?

从全世界范围来看,中国是发展石墨烯最积极的国家。但是国内外的石墨烯在概念上差别很大。美国方面认为只有单层才能称为石墨烯,而国内认为十层以内都算石墨烯。国内的石墨烯粉体在美国人眼里不是石墨烯。目前美国国家标准与技术研究院在制定石墨烯标准主要做两项工作,一是制定石墨烯标准,二是制定石墨烯检测方法。

10年总投资预计10亿欧元的欧盟石墨烯旗舰计划,其石墨烯应用的主流方向与国内也并不相同。北京石墨烯研究院执行院长魏迪曾指出,欧盟石墨烯旗舰计划启动了17个新的石墨烯研究项目,他们关注的是石墨烯的超级汽车、物联网传感器、可穿戴设备和健康管理、数据通信、能源技术以及复合材料等前沿、未来的领域。

有行业人士分析,石墨烯在国内应用较早,大部分应用领域与传统产业转型升级相关,故而与国外应用布局有很大不同。

市场声音:缺乏高端领域战略布局

“市场需求的推动是石墨烯发展快的首要原因。”国家新材料产业发展专家咨询委员会委员、中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春认为,石墨烯的出现让传统产业看到了转型升级的希望。原来的产品加了石墨烯之后,可以提高性价比,企业也找到一个转型升级的抓手。同时,地方政府也在探寻产业转型升级的支撑点,二者不谋而合。

尽管,有行业人士质疑4000多家石墨烯企业的真实水平,但石墨烯可能是新材料领域中,唯一靠地方民间资本发展的产业。

不过从侧面也反映出,中国缺乏在高端领域的战略布局。“特别是在光电领域,石墨烯在这方面可以发挥出更好的效果,但是可能时间比较长,需要5年-8年,甚至10年以上。”李义春表示,现在石墨烯领域的投资以民间资本和地方支持为核心。中国的企业、民间资本比较急功近利,也没有实力进行长远的战略投资。在国外,对高端前沿和关键领域的布局,也是在政府的支持下进行的,如欧盟、韩国、新加坡等。

从国家层面的支持来看,石墨烯产业并没有感受到太明显的支持。王忠辉指出,地方政府反而在不同程度上给予企业一定的扶持,如用人、税收方面的优惠等。王忠辉希望,国家在扶持科研院校做基础研究的同时,也能够给产业化较好的企业一些财税扶持或政策支持。

目前对所谓的石墨烯“高端应用”说法不一。曲良体认为,每个国家研究的方向和领域有差别。国内的企业、研究院所和高校的研究团队,也有自己的关注点,这是很正常的现象。很多有价值的“突破性”应用,并不是靠计划得来的。石墨烯的应用也是如此。

“国家新材料产业发展专家咨询委员会对石墨烯非常重视。我们也提出了很多建议。今年将作为重点工作来抓。”不过,李义春还是希望国家有关部门,如工信部、发改委、科技部等,将石墨烯在关键领域的研发,纳入到他们的支持计划中。

记者从工业和信息化部获悉,2018年将进一步做好石墨烯发展的顶层设计,加快构建以企业为主体、产学研用紧密结合、产业上下游有效协同的石墨烯产业发展新体系。

国内外、学界与产业界对石墨烯及其应用存在一定分歧。目前国内很多省市都建设了石墨烯产业园,未来国内石墨烯行业到底该怎么做,非常值得研究。

4动力

未来石墨烯的产业想象

目前全球对石墨烯的深入研究迈过10年大关,在电子信息、新能源、航空航天和柔性电子等领域展现了巨大的发展潜力,有望催生一个新兴的千亿级产业。

2017年春晚过后,一款高科技防寒装备——石墨烯新材料保暖衣在网络上迅速蹿红,通过服饰夹层加入石墨烯导热膜,利用便携式的充电宝供电,实现加热的功能。不过石墨烯导热膜会比布料硬很多,消费者穿戴时异物感会比较强,影响产品的体验效果。对于这个问题,石墨烯的原材料厂商会从原材料入手寻求解决方案。

例如,二维碳素就采用了更加柔软支撑材料代替传统的高分子薄膜,来提升体验感。相比之下,一些下游厂商会依托多年来对于产品本身的深刻理解,来想办法将石墨烯融入到它们的自有产品当中。

现在石墨烯产业虽然存在瓶颈,但同质化竞争正在孕育出一些这类特色化的创新,百家争鸣可能是我们正在迎来的一个市场环境阶段,挑战孕育着机遇。

随着石墨烯材料成本的降低,目前物理法制备石墨烯,若对品质要求不太高,市场价大约在1000元/kg的水平,已经远远低于3年前300元/g的天价。

近5年来,石墨烯产业发展经历了启动、追捧、冷却阶段,目前应该说已经逐步进入理智成长的阶段。石墨烯是一种全新的纳米材料,但它不能直接变成产品。只有全面深入地了解它,才能把它用在最适合的地方。

由于石墨烯目前主要作为添加剂使用,电池、涂料、导电油墨等领域的价格可以被市场接受。石墨烯产业的规模化生产也早已经具备了生产能力,年产能有上千吨的能力。之所以目前还未形成真正的大规模生产,主要还是由于应用技术的滞后。

石墨烯产业化应用正在步入到一个新的阶段,探索新的可渗透应用领域和已应用领域的差异化创新,如石墨烯电动口罩,添加运动检测模块、呼吸检测模块,从智能硬件的角度来尝试寻找产品的突破点。在这个阶段,风口、周期、时局可能是要被考虑的重要因素,因为决定产品成败的核心要素不仅仅是产品品质本身,外部的大环境同样变得越发重要起来。

石墨烯

中国的石墨烯新材料产业是与全球同步的,石墨烯在工业制造、国防军工、医疗健康等领域的应用极其广阔,而应用产业还处于发展初期,需要得到更多的政策的支持、人才的加入以及资本的投入。若要加速石墨烯的产业化和应用进程,科研机构应从下游需求和应用去着手,才能更具针对性地进行研发。只有得到下游应用需求的支撑,石墨烯产业才能真正的具有生命力和可持续性。

◎内容来源:经济时报

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