石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)

編者按：2010年10月，瑞典皇家科學(xué)院將諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予英國(guó)曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，表彰他們?cè)谑┎牧戏矫娴淖吭窖芯?。各方期待石墨烯能夠大?guī)模商業(yè)化應(yīng)用，如今夢(mèng)想已經(jīng)照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

近日，證券時(shí)報(bào)記者來(lái)到中國(guó)石墨烯研究和應(yīng)用領(lǐng)先的江蘇省，實(shí)地探訪了江南石墨烯研究院及石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈條上的相關(guān)企業(yè)。記者親眼見(jiàn)到了批量化生產(chǎn)的石墨烯粉體，零距離接觸石墨烯材料的透明導(dǎo)電薄膜和石墨烯觸摸屏手機(jī)，以及添加了石墨烯材料的防腐涂料、塑料等一系列的新型材料。

石墨烯，勾起人們對(duì)未來(lái)世界的無(wú)限遐想，同時(shí)也挑逗著資本市場(chǎng)的敏感神經(jīng)——相關(guān)概念股幾度成為市場(chǎng)的炒作熱點(diǎn)。

日前，證券時(shí)報(bào)記者走訪了位于江蘇省的江南石墨烯研究院以及多家石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)。記者采訪發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)石墨烯粉體和石墨烯薄膜已具備批量化生產(chǎn)能力，特別是石墨烯粉體價(jià)格已經(jīng)降至每克1~3元，預(yù)計(jì)一系列石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用即將大規(guī)模鋪開(kāi)。

石墨烯粉體

降至每克3元以下

說(shuō)到中國(guó)的石墨烯產(chǎn)業(yè)，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(guó)首家實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)石墨烯粉體的企業(yè)。由于第六元素，石墨烯粉體價(jià)格得已下降。目前，該公司產(chǎn)能為50噸/年，受益市場(chǎng)需求規(guī)模擴(kuò)大，公司計(jì)劃把產(chǎn)能提高至100噸/年。

第六元素董事長(zhǎng)瞿研博士告訴證券時(shí)報(bào)記者：“現(xiàn)在，第六元素的石墨烯粉體的價(jià)格每噸在100萬(wàn)~300萬(wàn)元不等，大約每克1~3元?！?/P>

在江蘇武進(jìn)西太湖國(guó)際智慧園，證券時(shí)報(bào)記者參觀了常州第六元素的生產(chǎn)車間與實(shí)驗(yàn)室，近距離接觸到了石墨烯粉體。作為科技含量很高的材料，石墨烯粉體的生產(chǎn)過(guò)程中，研發(fā)、技術(shù)和設(shè)備都很重要，生產(chǎn)中的人力成本非常小。年產(chǎn)能50噸石墨烯粉體的設(shè)備，生產(chǎn)過(guò)程中只需要幾個(gè)工人而已。

所謂的“石墨烯粉體”，實(shí)際上就是單層石墨烯和多層石墨烯的混合物。

據(jù)介紹，目前公眾對(duì)石墨烯的理解有些混亂。一些企業(yè)或者是媒體報(bào)道中雖然號(hào)稱“石墨烯”，但是事實(shí)上可能僅是石墨而已。

事實(shí)上，現(xiàn)在全世界對(duì)石墨烯也沒(méi)有一個(gè)明確的定義。資料顯示，最初的石墨烯僅指一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)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，是只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。2010年諾貝爾物理學(xué)表彰的石墨烯研究指的就是這種材料。

后續(xù)研究表明，從電學(xué)性質(zhì)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(zhì)，目前10層以內(nèi)的說(shuō)法逐漸被學(xué)術(shù)界認(rèn)可。最近成立的中國(guó)石墨烯聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)認(rèn)定，10層以內(nèi)的碳原子材料才屬于石墨烯范圍。

對(duì)石墨烯層數(shù)的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，并沒(méi)有完全解決對(duì)石墨烯粉體的定義。江南石墨烯研究院副院長(zhǎng)董國(guó)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(yè)內(nèi)專家介紹，現(xiàn)在某些公司號(hào)稱已經(jīng)可以生產(chǎn)的“石墨烯”粉體，而樣品檢測(cè)發(fā)現(xiàn)為100層碳原子以上。這些粉體材料只是比傳統(tǒng)的石墨粉體在層數(shù)上少一些，或者說(shuō)是層數(shù)更小看起來(lái)更細(xì)的石墨粉。但是對(duì)這類粉體深入的研發(fā)也隨著石墨烯浪潮興起。對(duì)于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“處于蓬松狀態(tài)的石墨粉”。

此外，石墨烯本質(zhì)上就是碳原子的一種形態(tài)，以第六元素為代表的石墨烯制備企業(yè)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(chǎn)資源，全世界資源儲(chǔ)量約15億噸，其中我國(guó)儲(chǔ)量約10億噸。而目前石墨烯的計(jì)量單位還停留在克、千克、噸這個(gè)級(jí)別。因此，石墨資源與石墨烯的關(guān)聯(lián)度，其實(shí)并不高。

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(zhǎng)石墨烯，也就是所謂的氣相沉積法，這種方法生產(chǎn)石墨烯更是與石墨資源毫無(wú)關(guān)系。

位于無(wú)錫的格菲電子總經(jīng)理張刃說(shuō)：“1克石墨烯薄膜，大約相當(dāng)于2630平方米。對(duì)于年產(chǎn)值千萬(wàn)的企業(yè)，原料成本僅需幾十塊錢?！痹谏a(chǎn)車間，張刃指著一罐氣體說(shuō)：“這么一罐氣，試想一下在這里炒菜也用不了幾天，但我們公司用來(lái)制造石墨烯薄膜兩年都用不完?！?/P>

在無(wú)錫，證券時(shí)報(bào)記者參觀了石墨烯薄膜生產(chǎn)的全過(guò)程。這對(duì)石墨烯同行來(lái)說(shuō)，肯定是屬于商業(yè)機(jī)密了。證券時(shí)報(bào)記者看到，石墨烯薄膜的生產(chǎn)，其實(shí)就是把氣體通過(guò)一系列處理，特別是高溫處理，使其生長(zhǎng)的銅箔上，大約要兩個(gè)小時(shí)才能長(zhǎng)滿。石墨烯本身是透明的，對(duì)于銅箔來(lái)說(shuō)，上面有沒(méi)有附著石墨烯，在顏色上僅稍微有一點(diǎn)點(diǎn)差別，一般人很難看出來(lái)。

業(yè)內(nèi)人士告訴記者，通過(guò)這種方法制作的石墨烯薄膜的尺寸，基本取決于銅箔的大小，石墨烯薄膜的尺寸和技術(shù)水平關(guān)聯(lián)度不大。在商業(yè)化環(huán)境中，探討石墨烯薄膜的尺寸意義不大，綜合的經(jīng)濟(jì)成本才是關(guān)鍵性因素。在綜合經(jīng)濟(jì)成本當(dāng)中，原材料雖然可以忽略，但是把生產(chǎn)石墨烯以及石墨烯從銅箔上取下來(lái)總體來(lái)說(shuō)還是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，每一道工序都在無(wú)塵的環(huán)境中完成。

記者參觀時(shí)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(chǎn)過(guò)程中，檢測(cè)檢驗(yàn)也是非常重要的程序。

總體來(lái)看，目前批量生產(chǎn)石墨烯的方式主要是兩種：一種是利用化學(xué)氣相沉積在金屬表面生長(zhǎng)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(guò)物理或者化學(xué)的方法粉碎，形成石墨烯粉體看起來(lái)就是很細(xì)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(guó)內(nèi)，現(xiàn)在前者以常州二維碳素科技有限公司、格菲電子為代表，后者以第六元素、寧波墨西為代表。

手機(jī)觸摸屏

打響石墨烯應(yīng)用第一槍

去年年底，全球首款石墨烯材料顯示屏的手機(jī)在江蘇誕生。證券時(shí)報(bào)記者了解到，已有多家國(guó)際知名手機(jī)品牌廠商與二維碳素、格菲電子等石墨烯薄膜廠達(dá)成合作協(xié)議，2014年將有多款采用石墨烯ITO膜的觸摸屏手機(jī)推向市場(chǎng)。

首款石墨烯材料顯示屏的手機(jī)由無(wú)錫愛(ài)維特信息技術(shù)公司研制。該公司CEO張婷介紹，該手機(jī)與同類產(chǎn)品相比，具有低碳環(huán)保、材質(zhì)纖硬、清晰通透及觸控靈敏的特點(diǎn)。

更為重要的是，采用石墨烯材料生產(chǎn)的ITO薄膜，成本較之前下降一半。這對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)慘烈的觸摸屏行業(yè)來(lái)說(shuō)，意義非同一般，甚至可能決定生死命運(yùn)。

張刃介紹：“2011年時(shí)，一塊4.5英寸的石墨烯薄膜在國(guó)際市場(chǎng)上要賣到2萬(wàn)美元。而現(xiàn)在我們也可以生產(chǎn)了。我們現(xiàn)在基于ITO觸摸屏技術(shù)，把石墨烯透明導(dǎo)電薄膜做成觸控感應(yīng)器，每片出廠價(jià)格只要3元，而市場(chǎng)上普通材料生產(chǎn)的觸控感應(yīng)器價(jià)格在7元左右。如果是雙層多點(diǎn)的產(chǎn)品，價(jià)差就更大了?！?/P>

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年觸控傳感器總體出貨量達(dá)1200萬(wàn)平方米，2015年可能將達(dá)到3600萬(wàn)平方米。這在一定程度上也展現(xiàn)了石墨烯ITO薄膜的市場(chǎng)空間。

二維碳素是中國(guó)規(guī)模最大最成熟的石墨烯薄膜制造企業(yè)。二維碳素總裁金虎告訴證券時(shí)報(bào)記者：“手機(jī)觸摸屏只是石墨烯薄膜應(yīng)用的一個(gè)方向。我們的目標(biāo)是要圍繞著石墨烯薄膜做企業(yè)，為各個(gè)行業(yè)提供不同類型、不同用途的石墨烯薄膜?！笨雌饋?lái)石墨烯薄膜的生產(chǎn)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(jī)觸摸屏的石墨烯ITO膜，其實(shí)是兩層或者是三層的石墨烯材料，生長(zhǎng)方法和單層的也略有不同。

金虎稱：“根據(jù)我們的研發(fā)進(jìn)展和對(duì)市場(chǎng)的了解，石墨烯薄膜在2014年的亮點(diǎn)就是在觸摸屏領(lǐng)域，2015年在柔性顯示、可穿戴電子將有所突破；2016年國(guó)內(nèi)國(guó)外的企業(yè)可能會(huì)在柔性太陽(yáng)能電池方面有所突破，2017年可能將會(huì)大規(guī)模應(yīng)用在科技領(lǐng)域?！?/P>

據(jù)了解，現(xiàn)在石墨烯薄膜材料已經(jīng)在醫(yī)療等領(lǐng)域取得了突破，獲得了較好的評(píng)價(jià)，正待向社會(huì)正式宣布。

石墨烯應(yīng)用

將由低端向高端延伸

如果說(shuō)，二維碳素為首的石墨烯企業(yè)主導(dǎo)了國(guó)內(nèi)石墨烯薄膜的研發(fā)與應(yīng)用，那么第六元素則在石墨烯粉體方面的推廣上功不可沒(méi)。第六元素降低了石墨烯的生產(chǎn)成本，免費(fèi)向中國(guó)的科研院所以及企業(yè)提供科研用的石墨烯，這使得石墨烯的相關(guān)商業(yè)化研發(fā)和運(yùn)用得以全面鋪開(kāi)。

1月13日，中超電纜公告稱，與江南石墨烯研究院、第六元素、西安交大技術(shù)成果轉(zhuǎn)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(diǎn)經(jīng)營(yíng)石墨烯電纜及電力行業(yè)用石墨烯材料、石墨烯復(fù)合材料的研發(fā)、制造等。

據(jù)證券時(shí)報(bào)記者了解，把石墨烯添加到電纜中，將極大地改善半導(dǎo)體材料的性能，電纜的毛利率也將會(huì)得到提升。一旦成功，市場(chǎng)前景非常大。

和中超電纜的合作，只是第六元素推廣應(yīng)用石墨烯一個(gè)縮影。證券時(shí)報(bào)記者近日在第六元素采訪時(shí)，偶遇國(guó)內(nèi)某知名光伏企業(yè)來(lái)第六元素參觀考察，希望與第六元素合作研發(fā)，把石墨烯應(yīng)用至光伏領(lǐng)域，提升無(wú)機(jī)光伏性能。

在采訪期間，證券時(shí)報(bào)記者還看到了石墨烯替代氧化鋅的防腐涂料，一份石墨烯可以替代50份氧化鋅，這意味著如果未來(lái)用石墨烯替代氧化鋅，每噸防腐涂料就可以降低成本1000~2000元；一些塑料材料，因?yàn)樘砑恿耸┒邆淞藢?dǎo)熱功能。

第六元素董事長(zhǎng)瞿研說(shuō)：“我們的目標(biāo)是做世界最大的石墨烯粉體制備商，希望與更多的企業(yè)合作，共同研究石墨烯的商業(yè)化應(yīng)用?！?/P>

格菲電子首席技術(shù)顧問(wèn)周海燕說(shuō)，石墨烯就是一種神奇的材料，只要添加一點(diǎn)進(jìn)入其它材料就有可能產(chǎn)生神奇的效果，作為材料界產(chǎn)生革命性改變的“超級(jí)材料”，它幾乎無(wú)所不能。

石墨烯不僅“最薄、最強(qiáng)”，作為熱導(dǎo)體，它比目前任何其它材料的導(dǎo)熱效果都好。利用石墨烯，科學(xué)家能夠研發(fā)一系列具有特殊性能的新材料。因?yàn)樗碾娮杪蕵O低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來(lái)發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的芯片，取代硅材料。由于石墨烯實(shí)質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來(lái)制造透明觸控屏幕、光板，甚至是太陽(yáng)能電池。超級(jí)電容和芯片，是全世界研究石墨烯的重點(diǎn)領(lǐng)域，也是未來(lái)石墨烯革命的決勝點(diǎn)。

有石墨烯領(lǐng)域?qū)＜艺J(rèn)為，中國(guó)寶安作為石墨烯概念股，其意義不在于石墨烯的制備能力，而在于其未來(lái)可能在電池應(yīng)用上的突破。石墨烯在儲(chǔ)能方面的應(yīng)用，也是江南石墨烯研究院的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，也是全世界研究的重點(diǎn)課題，不過(guò)，現(xiàn)在尚沒(méi)有重大突破。

深圳清華大學(xué)研究院前院長(zhǎng)、江南石墨烯研究院名譽(yù)理事長(zhǎng)馮冠平認(rèn)為：“石墨烯的應(yīng)用必然是一個(gè)由低端向高端延伸的過(guò)程。利用石墨烯的導(dǎo)電導(dǎo)熱性的低端應(yīng)用這兩三年內(nèi)將會(huì)崛起，而應(yīng)用于光電轉(zhuǎn)換的電池以及代替硅材料的芯片領(lǐng)域，仍需要較長(zhǎng)的時(shí)間?！?/P>

政府搭臺(tái)資本唱戲

一級(jí)市場(chǎng)熱捧石墨烯

石墨烯概念屢屢在二級(jí)市場(chǎng)受追捧并不稀奇。因?yàn)檫@個(gè)行業(yè)從總體上來(lái)講還是一片藍(lán)海，率先進(jìn)入的上市公司，將有廣闊的市場(chǎng)空間，而且很可能占據(jù)絕大部分的市場(chǎng)份額。只要在上市公司自有領(lǐng)域，添加石墨烯材料對(duì)自我產(chǎn)品進(jìn)行改善，就有可能搶占市場(chǎng)，改變?cè)械氖袌?chǎng)格局。據(jù)了解，現(xiàn)在已有多家上市公司展開(kāi)了石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域的研發(fā)。

如果說(shuō)二級(jí)市場(chǎng)上石墨烯“概念”炒作成份居多，那么一級(jí)市場(chǎng)的淘金夢(mèng)則越來(lái)越清晰。江蘇在石墨烯領(lǐng)域走到了前面，背后離不開(kāi)政府與資本的支持。

2010年，我國(guó)著名的傳感學(xué)專家、天使投資人、時(shí)任深圳清華研究院長(zhǎng)的馮冠平，最早嗅到了石墨烯的機(jī)會(huì)。恰巧美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校機(jī)械工程系研究石墨烯的有一半是華人，且多是清華大學(xué)走出去的物理學(xué)高材生。馮冠平多次去美國(guó)游說(shuō)，鼓勵(lì)他們回國(guó)發(fā)展?，F(xiàn)在中國(guó)石墨烯行業(yè)的創(chuàng)業(yè)者、高校和研究所里石墨烯研究專家不少都來(lái)自德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校。

馮冠平一方面游說(shuō)專家，另一方面又游說(shuō)政府?；貒?guó)創(chuàng)業(yè)時(shí)，馮冠平對(duì)時(shí)任常州市市委書記范燕青建議，“政府來(lái)投資公共平臺(tái)，我來(lái)投資企業(yè)，一起把石墨烯產(chǎn)業(yè)做起來(lái)?！?/P>

2011年5月25日，范燕青召集召開(kāi)專題會(huì)議，決定以組建石墨烯研究院為載體，整合優(yōu)質(zhì)科技資源、集聚高端研發(fā)人才、突破共性關(guān)鍵技術(shù)、加速成果轉(zhuǎn)化和企業(yè)孵化。當(dāng)年10月18日，常州市政府、武進(jìn)區(qū)政府共同出資5000萬(wàn)元，國(guó)內(nèi)首家面向石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)部研發(fā)及產(chǎn)業(yè)孵化平臺(tái)——江南石墨烯研究院成立。武進(jìn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)無(wú)償提供土地3500平方米。

集科學(xué)家與投資家于一身的馮冠平也如約以種子基金的形式投資了這幾個(gè)從美國(guó)回來(lái)的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)，包括現(xiàn)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(gè)研究石墨烯的研究機(jī)構(gòu)，如今也成立石墨烯薄膜材料實(shí)驗(yàn)室、石墨烯新能源實(shí)驗(yàn)室、石墨烯生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室、石墨烯生長(zhǎng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)室、石墨烯復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室等12個(gè)專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室，并且已有多個(gè)科研項(xiàng)目走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入孵化階段。

眼下石墨烯在科研和產(chǎn)業(yè)化上都很熱門。除了江南石墨烯研究院外，北京大學(xué)、清華大學(xué)、中科院的物理所化學(xué)所、沈陽(yáng)金屬所、寧波材料所都把石墨烯作為重點(diǎn)研究領(lǐng)域，幾乎所有的綜合性高校都開(kāi)展了石墨烯的研究。除此之外，地方政府對(duì)石墨烯的熱情也空前提高，江蘇、四川、內(nèi)蒙、深圳等各級(jí)地方政府紛紛出臺(tái)政策，扶持石墨烯產(chǎn)業(yè)；也有越來(lái)越多的資本向石墨烯產(chǎn)業(yè)伸出橄欖枝。據(jù)了解，國(guó)內(nèi)一家較有名的石墨烯企業(yè)，在一級(jí)市場(chǎng)的估值兩年內(nèi)就已經(jīng)翻了10倍；一家石墨烯項(xiàng)目還沒(méi)有真正上馬就獲得了風(fēng)投上千萬(wàn)的投資。

面對(duì)石墨烯發(fā)展越來(lái)越明朗的前景，第六元素董事長(zhǎng)瞿研說(shuō)：“成與不成功就在這一兩年即可見(jiàn)分曉。不過(guò)，我不成功并不代表石墨烯行業(yè)不能成功。”

瞿研心中的成功與否，并不是以金錢為衡量標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)了解，因?yàn)槁氏日莆沾笠?guī)模制備石墨烯的技術(shù)，近兩年找瞿研談合作的非常多，有風(fēng)險(xiǎn)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(chǎng)撈金，騙取地方政府土地和資產(chǎn)支持的，瞿研團(tuán)隊(duì)有很多誘惑可以創(chuàng)業(yè)，也有很多機(jī)會(huì)盡早變現(xiàn)退出，但他始終以科學(xué)家的態(tài)度堅(jiān)守。瞿研說(shuō)：“創(chuàng)業(yè)者還是要有一個(gè)夢(mèng)想?！?/P>