石墨烯行业过“火” 并不见得是坏事

日期:2017-09-01 / 人气: / 编辑:jutan / 来源:未知

据外媒“石墨烯信息”网8月5日报道,麻省理工学院的研究人员近日开发出一种柔性透明的石墨烯太阳能电池。它可以被安装于各类物质表面上,从玻璃到塑料,连纸张和磁带也可以。被誉为“黑金”的石墨烯近年来受到科学界的重点关注,大有薪薪之火有燎原之势。我国石墨烯的研发与应用又是什么样的情况呢?

究竟石墨烯是什么?

2004年,英国曼彻斯特大学的研究者利用胶带反复刮擦石墨片,直至获得单层的石墨,也就是石墨烯。它是只有一个碳原子厚度的二维材料,是目前世界上最薄也是最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,至吸收2.3%的广,同时导热性能和导电性都非常高,结构也非常稳定,市场应用前景十分广阔。

科学家预言石墨烯将“彻底改变21世纪”,有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。为此,近10年来全球从事这个领域研究的科学家们,都力求在石墨烯的制备技术上尽快突破,期望能早日实现量产,抢占国际市场制高点。

石墨烯制备技术还有待提升

石墨烯的制备方法主要分为“自上而下”和“自下而上”两类方法。“自上而下”法是通过剥离石墨材料来制备石墨烯层,如微机械剥离法、氧化石墨还原法、碳纳米管轴向切割法、液相分离法;而“自下而上”法是通过碳原子的重新排列来合成石墨烯,如化学气相沉积法(CVD)、外延生长法、有机合成法等。

目前行业应用上,氧化还原法用的较多。该方法而且可以制备稳定的石墨烯悬浮液,解决了石墨烯不易分散的问题,而且成本低廉也容易实现,但是这种制备方法容易带来废液污染和制备的石墨烯存在一定的缺陷。
随着技术的不断改进,部分制备方法也从实验室走向了市场。据聚碳复材董事长陈小刚介绍,其公司采用的是物理法量产石墨烯,该方法能真正实现 “零排放”,并且是世界上少数能以业界普遍接受的成本实现规模化生产石墨烯。

聚碳董事长也坦言,聚碳复材通过物理法制得少层石墨烯,其主要优点是径厚比大、生产过程无污染、保留了二维材料优秀的机械性能和电学性能。但是这并不是严格意义上的石墨烯。单层石墨烯才是严格意义上的石墨烯。目前,国内国外制备出来的石墨烯基本是少层或多层的。当层数大于10层,一般称为多层石墨烯。因为石墨烯的优异性能会随着层数的增加显著下降,业界认为,超过10层便不具备石墨烯材料的优异性能。石墨烯当前的制备技术虽然取得了巨大进步,但制备技术在现阶段还是不够成熟。

资源配备制约着石墨烯产业化发展

另外,石墨烯的深度应用要从实验室走向市场的技术攻关和资源配备还需一个漫长的过程。当前市场上石墨烯的产业化应用,主要是在重防腐涂料、石墨烯散热薄膜、石墨烯基电池等方面。事实上,这些应用对石墨烯质量要求不是太高,部分领域产品虽然实现商品化,性能并没有体现出惊人的效果。在新能源领域,有些石墨烯导电剂的产品性能还不能与碳纳米管相比,这本身与石墨烯的层数有关,石墨烯只能替代部分的传统材料。

石墨烯优良的性能,在实验室中可以绝佳的呈现,但应用到现有产品中,必先解决一些列问题。比如,业界普遍看好石墨烯应用到现有动电池中,既能提升电池容量又能提高电池的充电速度。

陈小刚介绍,聚碳复材的工程师掌握了石墨烯和磷酸铁锂原位复合技术,这项技术能实现无论多大容量都能在5分钟内充满电的设想。但是,目前无论是隔膜、电解液等还不能负荷这项技术的实际应用。技术制约、资源配备在很大程度上制约了石墨烯的发展,石墨烯在产业化和尖端利用方面,可以说任重而道远。

行业环境向好

但石墨烯由于薄且硬、透光好、导热强、导电率高的优异性能,其应用前景会非常广阔。相信在全球范围对石墨烯研发与应用的热度只增不减。业界预计,未来五年到十年,石墨烯年产能将到达千吨级。到2020年,石墨烯工业化规划将取得突破,并到达千亿级别。

国家在“十二五”规划中间明确将新材料列为重要的战略新兴产业;国家自然科学基金委员会已经陆续拨款超过 3 亿元资助石墨烯相关项目;国家引导石墨烯产业成立了中国石墨烯产业技术创新战略联盟……国家和各级政府的一系列的支持政策、行业标准逐步完善中、民间资本不断涌入,使石墨烯制备和应用技术得以大力发展,目前水平已经能与国际比肩。

市场火热并不见得是坏事

同时, 国内石墨烯行业也存在着“研发热”、“应用热”的问题。主要表现在一些科研单位与材料领域的生产企业,在概念依然模糊,缺乏开发能力的情况下,就投入大量的资金;或者石墨烯关键核心技术还没有解决,真正意义上的石墨烯产品还没出来,一些研发与生产单位,就开始到处游说开发成功。有专家担心这些不务实、非理性的跟风式发展,严重影响力石墨烯产业的健康发展。

但笔者认为,市场这种种“热”并不见得是坏事。随着整个石墨烯行业技术的不断发展及下游应用的成熟,虽然还未出现具有“颠覆性”的应用方向,但是在一些相对成熟的领域的应用已经越来越明朗。就目前石墨烯在重防腐涂料、石墨烯散热薄膜、石墨烯基电池等方面应用产生的效益是显而易见的。“研发热”、“应用热”终归是要通过产品体现的,而受益的除了产品本身,对产品所在行业无疑也是利好消息。

石墨烯应用市场上,无论资本、企业、市场如何炒作,将极大程度低提升石墨烯应用产品的质量和应用范围。石墨烯的运用与发展最后必将是核心技术的竞争,市场自然会进行优胜劣汰、资源整合,推动石墨烯行业形成完整、成熟的产业链。