如果說20世紀是矽(Si)的世紀,那21世紀將是碳(C)的世紀。
石墨烯作為(wei) 一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平麵薄膜,因具有非常良好的抗拉強度及透光、導電和導熱性能,被譽為(wei) 新世紀的“材料之王”,也成為(wei) 了全球關(guan) 注的焦點。
最近幾年來,石墨烯概念在全球受到廣泛追捧,國內(nei) 對石墨烯的熱度也是“水漲船高”、持續不減,有關(guan) 石墨烯的研討會(hui) 、論證會(hui) 更是接二連三,一個(ge) 月竟然有七八場。在這場石墨烯的熱潮中,一些地方走上了另一個(ge) 極端,把石墨烯視為(wei) 拉動經濟發展的“神丹妙藥”,到了非理性的狂熱地步。
在最近於(yu) 西安召開的2017中國國際石墨大會(hui) 上,與(yu) 會(hui) 的業(ye) 內(nei) 專(zhuan) 家對當前國內(nei) 石墨烯過熱現象表示出了擔憂,並專(zhuan) 門就石墨資源與(yu) 石墨烯二者的關(guan) 係進行了專(zhuan) 題研討。
“一些地方把石墨烯與(yu) 石墨資源混為(wei) 一談,隻要當地發現了石墨資源,就打出石墨烯的概念,而且各地依托石墨資源規劃的石墨烯產(chan) 業(ye) 園千篇一律,同質化非常嚴(yan) 重。”中國非金屬礦工業(ye) 協會(hui) 石墨專(zhuan) 業(ye) 委員會(hui) 秘書(shu) 長向琦憂心忡忡地說,“目前,石墨烯產(chan) 業(ye) 炒作成分過多,地方盲動性較大,是到了該回歸理性的時候了。”
石墨烯緣何受熱捧
石墨烯作為(wei) 一種新型材料,其出現已有10多個(ge) 年頭了。
2004年,來自曼徹斯特大學的Andre Geim和Konstantin Novoselov首次成功分離出穩定的石墨烯,而他們(men) 分離的方法也極為(wei) 簡單,把天然石墨薄片粘在膠帶上,把有粘性的一麵對折,再把膠帶撕開, 這樣石墨薄片就被一分為(wei) 二。 通過不斷地重複這個(ge) 過程,片狀石墨越來越薄,最終就可以得到一定數量的石墨烯。2010年,石墨烯發明者獲諾貝爾物理學獎。
“石墨烯是天然石墨深加工產(chan) 品之一,由於(yu) 石墨烯的特性優(you) 於(yu) 石墨,故石墨烯具有‘新材料之王’美稱。”中國非金屬礦工業(ye) 協會(hui) 石墨專(zhuan) 業(ye) 委員會(hui) 副秘書(shu) 長、 石墨邦(北京)互動科技有限公司CEO劉榮華介紹,石墨是由多層具有六角網狀平麵的石墨烯構成,其層間是結合力較弱的分子間力。利用化學或者電化學的辦法可以使得其它異類原子、分子或者分子團插入到石墨層間,成為(wei) 石墨層間化合物。這類化合物又可以在外力作用下脫插出來,使得石墨分離成多層或者單層石墨烯。
“舉(ju) 個(ge) 比喻,石墨就好比一本書(shu) ,抽出裏麵的單張紙出來就是石墨烯。石墨烯的結構特點決(jue) 定了石墨烯具有薄且堅硬,透光度好,導熱性強,導電率高,結構穩定,電子遷移速度快等特性。”劉榮華說。
也正是基於(yu) 石墨烯上述特殊的性能,近幾年來,中國石墨烯產(chan) 業(ye) 發展也較快。據有關(guan) 數據顯示,2015年全國石墨烯市場規模約610萬(wan) 美元,同比增長超過336%。初步統計2016年已經突破2000萬(wan) 美元。
但是,由於(yu) 技術進步和成本下降速度不夠快等原因,目前中國的石墨烯行業(ye) 還沒有出現大規模產(chan) 業(ye) 化,尚屬於(yu) “吆喝者眾(zhong) 多跟進者雲(yun) 集而商業(ye) 化、產(chan) 業(ye) 化遲緩”階段。
盡管如此,許多地方乃至業(ye) 內(nei) 一些專(zhuan) 家仍對石墨烯抱有很大的期望。一些地方對石墨烯產(chan) 業(ye) 趨之若鶩,發展起來更是不計成本,四處請專(zhuan) 家研討論證搞規劃,忙著跑馬圈地建產(chan) 業(ye) 園。
中關(guan) 村石墨烯產(chan) 業(ye) 聯盟理事長、中科院院士劉忠範清醒地表示:“石墨烯是實體(ti) 產(chan) 業(ye) ,並不是互聯網,不是簡單地一忽悠就上去能賺很多錢。但是,未來的石墨烯一定前景廣闊,是一塊大蛋糕,隻要我們(men) 堅定信心,堅持不懈把這個(ge) 行業(ye) 做起來,就一定能獲得成功。”
石墨資源不等同於(yu) 石墨烯
石墨烯來源於(yu) 石墨資源,是石墨資源的高科技產(chan) 品之一。也正緣於(yu) 此,許多地方簡單把石墨資源等同於(yu) 石墨烯,認為(wei) 當地有石墨資源,就能發展石墨烯產(chan) 業(ye) 。所以,近幾年來,凡是發現石墨資源的地方,開始一哄而上規劃發展石墨烯產(chan) 業(ye) 。
“利用石墨資源可開發的產(chan) 品很多,企業(ye) 應因地製宜,圍繞市場開發多品種、高值化的產(chan) 品。但如果都把目光盯在石墨烯這個(ge) ‘獨木橋’上,很可能會(hui) 得不償(chang) 失,使石墨烯這個(ge) 新興(xing) 產(chan) 業(ye) 淪落為(wei) 下一個(ge) 光伏產(chan) 業(ye) 。”向琦說。
“石墨烯是通過天然石墨發明的,兩(liang) 者之間存在一定的關(guan) 係,但不能簡單地混為(wei) 一談。”劉榮華表示,石墨資源在我國儲(chu) 量豐(feng) 富,產(chan) 量占了世界70%左右。近年來,部分地區陸陸續續發現了石墨資源,計劃打造石墨烯產(chan) 業(ye) 園。石墨烯分為(wei) 兩(liang) 種,石墨烯薄膜和石墨烯粉體(ti) 。而石墨烯薄膜通過CVD法製備,其原料不是天然石墨,且產(chan) 業(ye) 化還需一定的時間。
“石墨資源是戰略性礦產(chan) 資源,石墨烯是戰略性新興(xing) 材料。”劉榮華介紹,去年底,晶質石墨列被為(wei) 國家戰略性礦產(chan) 資源,在資源配置、財政投入、重大項目、礦業(ye) 用地等方麵加強引導和差別化管理,提高資源安全供應能力和開發利用水平。從(cong) 某種意義(yi) 上來講,石墨資源是“上帝”賜予的,體(ti) 現的是原料的角色,應用於(yu) 冶金、耐火、鑄造、摩擦、密封及鋰電池等行業(ye) 。《“十三五”國家戰略性新興(xing) 產(chan) 業(ye) 發展規劃》將石墨烯納入其中,石墨烯新材料具有技術高度密集,研究與(yu) 開發投入高,產(chan) 品的附加值高,生產(chan) 與(yu) 市場的國際性強,以及應用範圍廣,發展前景好等特點。
就當前發展情況而言,石墨資源的開發和利用在國內(nei) 已經是成熟的產(chan) 業(ye) ,而石墨烯產(chan) 業(ye) 目前沒有形成規模。尤其是晶質石墨產(chan) 業(ye) ,平均每年70萬(wan) 噸晶質石墨產(chan) 量。黑龍江雞西、蘿北,內(nei) 蒙古興(xing) 和縣及青島南墅、平度等是我國重要晶質石墨主產(chan) 區,已經形成了采選、提純、深加工等完整的石墨產(chan) 業(ye) 鏈,為(wei) 當地的經濟發展做出一定的貢獻。
而石墨烯發明者在2010年榮獲諾貝爾物理學獎後,石墨烯從(cong) 此走入大眾(zhong) 的視野,在全球範圍裏掀起了石墨烯製備和應用的研究熱潮。我國在石墨烯領域的研究起步與(yu) 發達國家相比較晚,但在近些年的努力下,在石墨烯產(chan) 業(ye) 化及應用領域處於(yu) 世界領先水平。截至2016年底,我國石墨烯應用在新能源、大健康、節能環保、複合材料等領域有所突破,部分石墨烯企業(ye) 開始有利潤。
“但是,目前國內(nei) 的石墨烯產(chan) 業(ye) 以小型、初創型石墨烯企業(ye) 占比較多,中型、大型企業(ye) 數量相對較少。盡管如今石墨烯科研很火熱,但反觀產(chan) 品市場,真正打通商業(ye) 化應用的產(chan) 品並不多。因此,在石墨資源地區,建議重點發展石墨深加工產(chan) 品,如高純石墨、可膨脹石墨、球形石墨、負極材料等,為(wei) 當地帶來收入和稅收。而石墨烯在短時間內(nei) 是很難形成規模的。”劉榮華坦承。
石墨資源與(yu) 石墨烯在屬性上也有明顯的差別。石墨資源具有資產(chan) 屬性,而石墨烯則是技術和資本密集型產(chan) 業(ye) 。近幾年,石墨行業(ye) 發生多起並購重組案例,尤其是上市公司收購石墨礦產(chan) 資源,估值翻了好幾倍,最高的達到18倍。從(cong) 這點來看,石墨資源是一項資產(chan) ,具有增值空間。尤其是動力電池的快速發展,對石墨的需求飛速增加,從(cong) 而提高石墨資源的估值。
而石墨烯是技術密集型行業(ye) ,對於(yu) 人才的要求比較高。同時,石墨烯還是資本密集型行業(ye) ,在石墨烯的製備研發,尤其是應用研發,需要大量資金投入。比如,國內(nei) 石墨烯發展比較快的江蘇常州和無錫,當地出台一些政策來吸引國內(nei) 外高端人才,財政上拿出不少資金來支持石墨烯企業(ye) 。
“在石墨資源地區,鼓勵引進具有實力的企業(ye) 進行整合,避免資源浪費、無序競爭(zheng) ,提高行業(ye) 集中度。隻有大企業(ye) 才有動力投入資金從(cong) 事石墨深加工研究,挖掘石墨高附加值產(chan) 品。石墨烯在經濟發達地區發展具有優(you) 勢,因為(wei) 經濟發達地區可以聚集高端人才,而且當地政府也有財力投入支持石墨烯的研發。”劉榮華建議說。
石墨烯虛火當早降
理想很豐(feng) 滿,現實很骨感。事實上,當前國內(nei) 石墨烯虛火過旺現象已引起了業(ye) 內(nei) 人士的擔憂。
“石墨烯產(chan) 業(ye) 目前盡管仍處於(yu) 基礎研究階段,距產(chan) 業(ye) 化還有相當長的距離,但現在炒作得卻十分厲害,這樣下去將對這個(ge) 新興(xing) 產(chan) 業(ye) 的後續發展造成致命的障礙和傷(shang) 害。”向琦表示。
據了解,中國目前從(cong) 事石墨烯研發、生產(chan) 和應用的相關(guan) 企業(ye) 數量超過了400家,約占全球石墨烯從(cong) 業(ye) 企業(ye) 總量的3/4。但是從(cong) 企業(ye) 規模上看,目前國內(nei) 從(cong) 事石墨烯生產(chan) 的企業(ye) 80%以上為(wei) 中小型企業(ye) ,年銷售額多數在百萬(wan) 元級別。值得警惕的是,國內(nei) 石墨烯生產(chan) 企業(ye) 的總體(ti) 盈利能力很弱,一些宣稱具備百噸年產(chan) 能的生產(chan) 企業(ye) ,其產(chan) 值和盈利能力遠遠沒有達到預期,多數企業(ye) 處於(yu) 虧(kui) 損狀態。
特別值得注意的是,當前一些企業(ye) 和機構處於(yu) 通過資本炒作獲得收益的心理,一味誇大石墨烯行業(ye) 的產(chan) 能和產(chan) 值,造成市場盲目跟風。而一些地方也推波助瀾,不管是否具備條件,都急於(yu) 上馬建設石墨烯產(chan) 業(ye) 園區。據初步統計,目前全國有將近20個(ge) 石墨烯產(chan) 業(ye) 園已經建成或正在建設之中,但其定位和功能性都相差無幾,未來必定會(hui) 出現嚴(yan) 重的同質化競爭(zheng) ,低價(jia) 格局將導致企業(ye) 盈利能力下降,不利於(yu) 行業(ye) 的持續發展。
發展石墨烯,離不開真金白銀,需要大量的資金來做後盾。加拿大Grafoid公司中國區負責人鍾仁宏指出,石墨烯必須有大量的投資才行,因為(wei) 石墨烯的應用方向非常多,不可能每一家企業(ye) 都去研究所有的方向,這需要整合和集合各個(ge) 方麵的優(you) 勢來做這個(ge) 事情。
石墨烯的發展因當前技術的製約,還存在環保問題。河北高碑店市泰隆豐(feng) 博石墨烯加工有限公司首席科學家賈維民說,石墨烯如果是用化學氧化法來做,1噸石墨烯的分料將產(chan) 生20噸廢酸,裏麵還夾雜重金屬,這樣的情況下在我國環保法裏麵幾乎沒有發展的餘(yu) 地,任何地方政府都沒有辦法支持它。
“石墨資源與(yu) 石墨烯有一定關(guan) 聯,但不完全等同。石墨資源的產(chan) 業(ye) 鏈其實非常大,有非常大的發展空間。如果把石墨資源的產(chan) 業(ye) 鏈與(yu) 石墨烯整合起來,才能更利用石墨烯的發展。”劉忠範表示。
“在現階段,需要對石墨資源進行深加工,發展新材料,但不該都盯住石墨烯上。”清華大學教授沈萬(wan) 慈說,利用天然石墨研發動力型鋰離子電池和天然石墨負極材料,也是一個(ge) 重要的發展方向。鋰離子電池在我們(men) 常用的新能源裏麵占了很大的比例,也是一個(ge) 正在發展的新的產(chan) 業(ye) ,在今後一個(ge) 相當長的時間裏麵,鋰離子電池在新能源的二次電池裏麵,仍將占據主體(ti) 地位。
石墨烯產(chan) 業(ye) 作為(wei) 戰略性新興(xing) 產(chan) 業(ye) 的新貴,要促進其健康發展,必須要頂層設計,做好產(chan) 業(ye) 發展規劃。然而,遺憾的是,時至今日,中國在石墨烯領域尚沒有國家層麵的宏觀規劃,呈現出了“下熱上冷”局麵,地方政府及企業(ye) 積極性普遍高漲,而國家層麵卻調控規劃不夠,在一定程度上也誘發了石墨烯產(chan) 業(ye) 虛火過旺。
“我國的石墨烯產(chan) 業(ye) 已經起步,但產(chan) 業(ye) 鏈還很脆弱,存在‘原材料開采無序、高端應用技術研發薄弱、產(chan) 業(ye) 秩序紊亂(luan) 和企業(ye) 融資困難’等諸多問題和風險,影響了產(chan) 業(ye) 的後續健康發展。”業(ye) 內(nei) 人士建議,目前,我國的石墨烯產(chan) 業(ye) 應先做好上遊原材料的開發部署、石墨烯加工和應用領域的市場引導、石墨烯技術研發三方麵的規劃,優(you) 化產(chan) 業(ye) 政策設計,突破產(chan) 業(ye) 製約瓶頸,著重打破市場規模小、高端人才短缺和發展資金不足的問題,著力構建良好的市場發展秩序環境,以推動中國石墨烯產(chan) 業(ye) 可持續發展。




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