据说|“新材料之王”石墨烯在国内沦落为“工业味精”

 

  就连石墨烯的发现者安德烈·海姆也曾一度承认,中国石墨烯产业化水平处于国际领先水平。在今年9月刚刚落幕的石墨烯创新大会上,海姆却改口称,中国目前推出的石墨烯产品普遍呈低端化特点。

 

  这一前一后巨大评价落差的背后,折射的或许是石墨烯在中国日渐沦为“工业味精”的现实命运。

 

  据报道,虽然根据中国石墨烯产业技术创新战略联盟数据统计,2015年中国石墨烯相关专利受理数量力压美韩稳居榜首。然而与上述两国申请主体以大型企业为主、且石墨烯应用集中于高端产业相比,中国专利申请主体则为高校及科研机构,且将石墨烯主要用作辅助材料,也就是海姆口中的“低端产业”。

 

  报道分析称,受制于高端应用的长期高投入及高风险,国内中小型民营企业在高端领域少有布局,实力雄厚的大型国企对石墨烯这一新材料也缺乏积极性。

 

  中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春指出,与国外相比,中国企业在石墨烯高端应用上的投入差距巨大,相关的高端研发技术落后三年,研发成果已落后五年。因此,李义春建议,政府应在石墨烯高端领域的研发上加大资金支持力度。

 

  不过,中国石墨烯产业奠基人冯冠平对此持有不同看法,他认为“石墨烯作为一种新型材料,其应用领域不存在高低端之分。”

 

  去年9月,“中国制造2025”路线图中提出中国石墨烯产业总体目标是“2020年形成百亿产业规模,2025年整体产业规模突破千亿”。有分析人士指出,今明两年是中国石墨烯产业取得突破的关键之年。

 

  以下为文章原文:

 

  十六年前,当科学家安德烈·海姆(Andre Geim)利用强磁场,使青蛙悬浮在空中获得当年“搞笑诺贝尔物理学奖”时,大概没有人料到,十年后他因成功制备石墨烯而斩获了真正的诺贝尔物理学奖。

 

  有“人类最强晶体”之称的石墨烯于2004年被发现,成为了目前已知最薄最轻,强度最高,韧性最好,导电、导热性最佳,透光率最高的材料。

 

  与其繁复多样的性能和应用领域所不相符的是,石墨烯最初的获取方式竟意外的简单直接。其发现者海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)通过磨石墨的方法只获得了数千个原子层厚的石墨片,后来偶然发现学生用来去除石墨表面脏物的透明胶带上的石墨微片,仅有几十个原子层厚,在对胶带进行反复粘撕后获得了石墨烯。

 

  石墨烯在中国落地已六年有余,有关石墨烯的身份角色及应用场景的争议从未停止过。

 

  石墨烯的发现者安德烈·海姆曾公开表示,中国石墨烯的产业化水平处于国际领先地位。9月22-24日,在青岛举行的2016年中国国际石墨烯创新大会上,他却指出,中国目前推出的石墨烯产品普遍呈低端化特点,还没有发挥石墨烯的“真正能量”。

 

  在2014-2016年间,国内企业相继推出了石墨烯内衣裤、U形枕、轮胎、涂料、加热片、移动电源、保健用品等产品,多将石墨烯粉体添加至各类产品中改善性能,应用领域极广。但因用量较少且不发挥主要作用,石墨烯只能作为辅助材料使用,由此获得了“工业味精”的称号。

 

  从专利申请数量这一指标来看,中国石墨烯产业技术创新战略联盟的统计数据显示,2015年中国石墨烯相关专利受理数量为7522件,居全球首位,美、韩紧随其后。

 

  有别于外国的专利申请主体以大型企业为主,如韩国的三星集团、LG集团和美国的IBM,中国的专利申请主体是高校及科研机构,为一家企业和五所大学,企业申报专利尚未形成规模。

 

  对于一个相对成熟的行业或技术领域而言,专利申请的主体应为企业。国内石墨烯研究领域基本上被高校、科研机构所垄断,这也说明石墨烯在中国仍是一个新兴的技术产业,走出实验室仍需时间。唯一上榜的中国企业海洋王虽然前期的申请数量较多,但近年来申请数目剧减,且有逐步退出的趋势。

 

  中国的高校及科研院的数量在全球呈压倒性的优势,介入石墨烯行业十分容易。从事化学、物理、材料等相关专业的人才或团队均可开展研究发表专利,一般国家在专利总量上难以与中国相比。

 

  “多”并不是界定石墨烯产业综合发展水平的主要因素,关键是“谁”。9月9日,江南石墨烯研究院院长张朝晖,在位于西太湖科技产业园的办公室里向记者表示,真正需要注意的是国外大型公司,“它们的研发成本是国内中小型企业难以匹敌的,它们多根据自身企业的战略方向和优势,来深入研究石墨烯的高端应用,十分具有针对性。”

 

  所谓“高端应用”,是指具有高技术含量、高附加值的应用。石墨烯极高的导热性、导电性、比表面积等优良特性,使其成为储能、电子、光电器件的首选材料,这些也是石墨烯最有可能发挥决定性作用,成为不可替代的“超级材料”的应用场景。

 

  2014年,全球芯片制造巨头美国IBM公司推出了世界首个多级石墨烯射频接收器,是迄今为止最先进的全功能石墨烯芯片,其传输速度是硅制芯片的千倍;同年7月,IBM宣布将在未来五年内,对石墨烯碳芯片技术投资30亿美元的研发资金。

 

  此外,韩国三星、LG集团近年也在柔性显示器、触控屏等领域与高校合作研发出了成果,相较于目前市场上最成熟的透明导电薄膜材料氧化铟锡(ITO),石墨烯的成本更低,柔韧性更佳,在柔性电子器件及可穿戴设备等应用十分具有发展潜力。

 

  受制于高端应用的长期高投入及高风险,国内中小型民营企业在高端领域少有布局,实力雄厚的大型国企对石墨烯这一新材料也缺乏积极性。

 

  目前国内约有400多家经营石墨烯业务的企业,将石墨烯作为主营业务的约70家,多呈小型、初创等特点。按经营业务划分,还可进一步分为粉材企业和膜材企业,前者数量约50家,后者约10家。

 

  “中国的石墨烯产业发展主要依托于民营企业、中小企业以及上市公司的投入,主要目的是为了解决现阶段产业提升转型。”中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春向记者指出,国内的石墨烯产品多为针对两三年以内可以形成产业的应用。

 

  “例如将石墨烯添加到现有材料里提升其性能。”他说,“石墨烯的高端应用需要大量资金投入,三五年后才可能形成产业应用,民营企业很难有实力去进行布局。”

 

  石墨烯民用产品开发成为主流,是中国石墨烯行业现阶段的特点之一。该类产品直接面向个人消费者,产品的市场验证时间不长;工业类产品因为下游客户对材料的应用需要很多工程化的验证,则需要相对较长的验证时间,所以目前市场占比并不大。

 

  9月9日下午,常州二维碳素科技有限公司(下称二维碳素)总裁金虎,在常州市武进(经发区)西太湖科技产业园二维碳素的总裁办公室接受记者采访时表示,粉材是作为辅助材料添加于储能、浆料等多个领域,应用领域极其广泛,很少的用量就可极大改善产品性能。“粉材是传统企业转型的契机,特别是材料行业如钢铁、铝材、复合材料等,大型企业,尤其是国企应多关注石墨烯在自身领域带来的性能改善。”他说。

 

  不过,辅材的定位使石墨烯粉材企业在拓展自身业务时有不小的难度。因为粉材用量很少,在某个领域的应用对企业的销售贡献有限,粉材企业需要开拓的下游领域范围广,需要企业自己逐个做商业推广,难度较大。

 

  “粉材企业一定是应用型企业才具备竞争优势,纯靠出售粉材无法存活。企业一定要做应用,应用产品对企业销售的贡献非常大。”金虎对记者说。

 

  由于近两年粉材企业的迅速崛起,相关粉材生产线陆续投产,业内出现了“石墨烯上游产能过剩”的说法。据中国石墨烯产业技术创新战略联盟估计,目前国内石墨烯产能约2000吨,但下游应用却不到200吨。上游的产能过剩主要集中在粉体材料。

 

  “目前市场上99%的粉体材料都是微米级的石墨片,并不是纳米级的石墨烯,两者不能混为一谈,国内纳米级的粉体生产线不超过五条。”9月7日,在无锡石墨烯发展示范区中,从事上游粉体制备的无锡纳盾科技有限公司总裁凌海林对记者说,“目前广泛使用的氧化还原法所生产出的石墨烯粉体层数较高,甚至有的都不在10层之内,所谓的产能过剩水分较多。”

 

  据国家标准化管理委员会的规定,石墨烯按层数可分为单层石墨烯(1层)、双层石墨烯(2层)和多层石墨烯(3-10层),石墨烯的性能随着层数的叠加而逐步递减,一般超出10层之后几乎丧失了性能优势。

 

  不同于石墨烯粉材,膜材可以独立承担主体材料的角色。这一差异使得膜材企业可以按量出产,薄膜与应用产品是一对一的,在找准一两项稳定的下游应用方向后,很容易实现膜材的规模化量产。

 

  尽管如此,膜材企业的下游拓展也不是一帆风顺。二维碳素董秘张章对界面新闻记者表示,受下游传统行业的工艺局限,还没有成熟的下游客户了解如何去使用或加工膜材,因此产业化推进速度远没有达到预期。

 

  “膜材企业未来的商业路线,首先是要将膜材制成功能部件,直接为下游客户呈现成品,才能解决上下游衔接的技术问题。”他说。

 

  “与国外相比,中国企业在石墨烯高端应用上的投入差距巨大,相关的高端研发技术落后三年,研发成果已落后五年。政府应在石墨烯高端领域的研发上加大资金支持力度。”李义春说。

 

  石墨烯

 

  深圳石墨烯协会会长、中国石墨烯产业奠基人冯冠平对此持有不同看法,“石墨烯作为一种新型材料,其应用领域不存在高低端之分。”9月8日下午,在“石墨烯走进常州市民”体验日活动上,冯冠平对记者表示,首先要让大众认识到其与自身的紧密关系,将来才能有生命力渗入民用、工业用、军用等各个领域。对企业而言,目前的首要任务是满足市场需求并且存活下去。

 

  金虎则认为,对石墨烯应用产品“高低端”应用的评判,实际上是由科研思维和产业化思维的差异造成的。在石墨烯产业推进的过程中,科学家与企业家这两类群体各自扮演了不同的角色。

 

  “业内对石墨烯产品低端化的评价,是典型的科学家思维。但产业化必须要知道市场需要什么,然后最快地予以满足,这才是推进产业化的金科玉律。”金虎说。

 

  2014-2016年间,中国国家主席习近平先后到访江苏省、英国、黑龙江市调研石墨烯,期间国家发改委、工信部、科技部等部门密集推出相关利好政策。但在业内呼吁启动石墨烯高端应用领域专项资金的背景下,相关部委在资金扶持方面并没有实质性动作。李义春认为,相比于国外在高端应用上的资金投入,国内目前做得明显不够。

 

  “政府在这方面能做的有限。”江南石墨烯研究院院长张朝晖表示,“国内外政府都出台了不少政策扶持产业,但高端应用还是要靠大型企业解决。国内的高端科研多散落在各个科研院所,没有具备实力的大型企业来主导。”

 

  一位不愿具名的业内人士则指出,政府在资金方面迟迟没有动作是由于“十二五”重大专项的“前车之鉴”。“十二五”重大专项将大量资金投给了高校和科研机构,希望能通过它们孵化出企业,做出高端产业化的成绩,结果并不尽如人意,事实证明这也是一条错误的道路。

 

  去年9月,国家制造强国建设战略咨询委员会发布了《〈中国制造2025〉重点领域技术路线图(2015版)》,提出中国石墨烯产业总体目标是“2020年形成百亿产业规模,2025年整体产业规模突破千亿”。

 

  尽管国内石墨烯应用还存在很多问题,但一位机构分析师表示,今年以来,国内石墨烯应用已经取得一定突破。例如,通过石墨烯粉末制备手机导热膜,取代原有以炭黑为材料的导热膜,以及石墨烯薄膜在加热膜领域的应用都是产业化前沿的成果。

 

  “2016-2017年是石墨烯产业能否取得突破的关键之年。如果这两年没有实现产业化应用突破,现有的石墨烯产业规划目标很难实现。一两年后没有成果,政策支持力度也会下降。”在谈到石墨烯应用前景时,该分析师谨慎地回答。

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