? ? ? ? 華為近年來對石墨烯的重金投入，讓這種新型納米材料成為國人關注的熱門科技議題。華為總裁任正非曾自信地表示，未來10-20年石墨烯將引發(fā)一場技術革命，成為“徹底改變21世紀”的“黑科技”。那么，石墨烯究竟是一種什么新材料？它真的可以改變未來嗎？

?華為本月宣布在鋰電池領域?qū)崿F(xiàn)重大突破，推出業(yè)界首個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池。

華為近年來對石墨烯的重金投入，讓這種新型納米材料成為國人關注的熱門科技議題。華為總裁任正非曾自信地表示，未來10-20年石墨烯將引發(fā)一場技術革命，成為“徹底改變21世紀”的“黑科技”。

那么，石墨烯究竟是一種什么新材料？它真的可以改變未來嗎？

新材料界的“網(wǎng)紅”

石墨烯是一種只有一個原子層厚度的準二維材料。很久之前有物理學家預言，準二維晶體本身熱力學性質(zhì)不穩(wěn)定，所以其不能單獨存在。直到2004年，英國曼徹斯特大學物理學家從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，兩人因此共獲2010年諾貝爾物理學獎。

石墨烯號稱“新材料之王”，是一種二維蜂窩狀純碳材料，集眾多特性于一身。它是目前最薄、最輕的材料，同時也是最強、最堅硬的材料。雖然石墨很軟，但是單層的石墨烯材料甚至比金剛石還硬。我們所熟知的金剛石導熱性很好，熱導率在2000W/mK（導熱系數(shù)）左右，而石墨烯的熱導率達到5300W/mK。石墨烯還兼具柔性、透明等特性，而且只有質(zhì)子能夠穿透。這些優(yōu)良的特性賦予了石墨烯材料極為廣闊的應用前景，也是吸引全世界眼球的根本原因。

盡管石墨烯在新聞端不斷“刷屏”，真正能夠發(fā)揮其特性的商業(yè)產(chǎn)品卻遲遲不見蹤影。

華為宣布的“石墨烯助力的高溫鋰離子電池”，根據(jù)華為瓦特實驗室首席科學家李陽興的解釋，高溫電池中，石墨烯起到的作用是高效散熱，而非電池的正極或負極材料。盡管這不是石墨烯電池，但據(jù)華為提供的信息，這款新電池的性能已可秒殺目前市面上的大部分鋰電池。

手機行業(yè)或被顛覆

華為本月稍早時候在深圳發(fā)布的榮耀Magic手機，采用“石墨烯助力的高溫鋰離子電池”技術，官方宣傳30分鐘即可充滿90%的電池。

對于手機來說，石墨烯意義重大。如果手機芯片使用石墨烯制造，性能大幅提升的同時功耗將大幅下降；如果將石墨烯用于手機電池的兩極，續(xù)航能力將是普通電池的十多倍；如果用石墨烯制作電容裝置，幾分鐘就能完成智能手機充電；石墨烯具有透光、柔韌等特點，若能用在手機上，就能生產(chǎn)柔性屏幕手機、全透明手機。

不僅僅是華為，三星、蘋果、諾基亞在石墨烯領域激烈競爭已經(jīng)愈演愈烈，諾基亞取得專利的最引人矚目的一項應用就是使用石墨烯制作高性能超薄相機傳感器。

理想與現(xiàn)實差距大

其實，對于石墨烯材料來說，理想與現(xiàn)實差距很大。理想的石墨烯具有完美的蜂窩狀結構，而現(xiàn)實的石墨烯就像一件破衣服，由無數(shù)個石墨烯微片拼接而成。石墨烯上有很多缺陷，還有很多臟東西。因此，現(xiàn)實制備出來的石墨烯材料性能沒有那么好，價值也沒有那么高。

企業(yè)的重金投入并沒有使石墨烯實現(xiàn)真正產(chǎn)業(yè)化，國內(nèi)企業(yè)中除了兩家企業(yè)實現(xiàn)了應用于LED行業(yè)的石墨烯產(chǎn)品的小規(guī)模生產(chǎn)外，其余研究機構及企業(yè)均只能小批量生產(chǎn)，產(chǎn)品也主要用于研究機構的研究。

國內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)處于初級發(fā)展階段，工藝水平不高、企業(yè)難以獲利是阻礙石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的兩大因素。

工藝上來看，如何批量化地制備大面積、穩(wěn)定性好、高質(zhì)量的石墨烯是難點之一，目前整個行業(yè)仍處于產(chǎn)品研發(fā)階段，只有少數(shù)企業(yè)能夠大規(guī)模制備高質(zhì)量石墨烯，行業(yè)層面的不良率影響了下游的應用推廣。

利潤方面，石墨烯獲取成本仍舊高企，而應用市場尚未完全打開，這使得石墨烯公司難以穩(wěn)定獲取利潤，自然規(guī)模不顯。未來這些企業(yè)需要整合好上下游產(chǎn)業(yè)鏈，降低成本并提高銷售。

眾多國家投入研究

今年年初，工信部、發(fā)改委和科技部等三部委發(fā)布了《關于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》，欲在2020年形成完善的石墨烯產(chǎn)業(yè)體系，實現(xiàn)石墨烯材料標準化、系列化和低成本化，在多領域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應用。

雖然我國在石墨烯研究上擁有儲量豐富、政策支持的雙重優(yōu)勢，但是作為石墨烯誕生的搖籃，英國在這一領域研究的底子更厚。在去年已有40多家企業(yè)與曼徹斯特大學的235名研究人員合作開展石墨烯和相關二維材料的研究，并在周邊催生出上千家獨立公司。

美國、日本、韓國也在石墨烯的創(chuàng)新研究上處于領先。美國對石墨烯項目政策扶持主要集中在石墨烯晶體管、石墨烯超級電容器、鋰離子電池用納米石墨烯復合材料電極以及高靈敏測器的研發(fā)領域。國外的科技巨頭們正在加快推進石墨烯的產(chǎn)業(yè)化和應用。IBM、三星等已經(jīng)緊鑼密鼓地開始了石墨烯的應用研究。

IBM公司是在通道層采用石墨烯的高速晶體管開發(fā)方面最積極的企業(yè)之一，2008年制作出了第一個石墨烯晶體管，2011年研制出了石墨烯圓片制成的集成電路，向開發(fā)石墨烯計算機芯片邁進了一大步。

產(chǎn)品化的競爭方面，韓國三星公司也處于領先地位。三星擁有有關石墨烯晶體管的工作方式和結構等9項核心專利，不少科研項目已經(jīng)走在產(chǎn)品化的路上。

諾基亞從2006年開始對石墨烯進行研究，于2011年5月參與了歐洲石墨烯旗艦項目，并于2013年2月獲得該項目資助撥款13.5億美元。諾基亞著力研發(fā)石墨烯光傳感器。石墨烯對光線很敏感，所以用石墨烯做攝像頭，其感光率將比普通攝像頭高1000倍。

技術專利訴訟或爆發(fā)

最近，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟專利委員會主任劉兆平作了2016年專利工作報告。

劉兆平說：“根據(jù)德文特的專利數(shù)據(jù)庫，2015年4月份全球公開的石墨烯方面專利有1.4萬件；截至12月6日上升到2.7萬件，增長一倍。中國的專利在2015年4月份是8000件，到現(xiàn)在具體的數(shù)字是16844件，占了全世界的60%。”

中國石墨烯領域?qū)＠麛?shù)量多，問題也不能忽視。劉兆平說：“中國的石墨烯專利數(shù)量超過日本、韓國甚至美國，但是仔細分析專利的質(zhì)量就會發(fā)現(xiàn)，中國申請的專利真正核心的不多，源頭上的太少。中國的專利真正管用的太少。一旦有專利方面的糾紛，對中國非常不利，現(xiàn)在應該有應對的措施。”

目前全國有將近20家石墨烯產(chǎn)業(yè)園，這個數(shù)字還在增長。無論是發(fā)達地區(qū)，還是偏遠地區(qū)，都在建石墨烯產(chǎn)業(yè)園。面對這波“石墨烯淘金熱”，北京大學化學與分子工程學院教授、中國科學院院士劉忠范指出，參照過往歷史，在新材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的過程中不應失去理性，石墨烯行業(yè)真正壯大，需要時間的積淀，需要持續(xù)的投入，更需要耐心。