工信部權(quán)威人士9月28日透露，國家將通過多種手段支持石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展，包括即將出臺的石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見，創(chuàng)建產(chǎn)業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新中心，以及工信部將成立產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟。國家首個(gè)石墨烯及先進(jìn)碳材料特色產(chǎn)業(yè)基地也在近期獲批，將在青島落戶建成，同時(shí)，政府還設(shè)立了1億元石墨烯相關(guān)項(xiàng)目投資基金。消息傳出當(dāng)天，石墨烯概念股表現(xiàn)活躍，紛紛逆勢上漲，5只石墨烯板塊概念股實(shí)現(xiàn)大單資金流入，消息利好資本市場。然而不得不承認(rèn)，石墨烯至今產(chǎn)業(yè)化存在批量生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸。
石墨烯的“面紗”
無論是資本市場，還是新能源市場，石墨烯都獲得了廣泛關(guān)注。主要原因是石墨烯作為創(chuàng)新性材料，本身所具有非凡的導(dǎo)電性。其應(yīng)用前景主要包括新材料電池領(lǐng)域，在銀的價(jià)格達(dá)到2987元/千克的今天，若能用石墨烯有效代替銀作為導(dǎo)電材料，其制造成本將會大大下降。如今石墨烯未受到廣泛推廣，主要原因是批量生產(chǎn)技術(shù)上的瓶頸。
由于石墨烯相關(guān)研究起步較晚，石墨烯大規(guī)模的學(xué)術(shù)研究始于二維石墨烯材料相關(guān)研究實(shí)驗(yàn)獲得諾貝爾物理學(xué)獎的2010年。目前石墨烯生產(chǎn)大多是實(shí)驗(yàn)室用途，商用產(chǎn)業(yè)始終面臨著無法控制成本的瓶頸。近期深圳大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院的劉劍洪教授及其研發(fā)團(tuán)隊(duì)在石墨烯電池材料、超細(xì)粉體材料、導(dǎo)電材料等領(lǐng)域的應(yīng)用取得較大的突破，已實(shí)現(xiàn)了石墨烯小批量規(guī)模生產(chǎn)與市場應(yīng)用。目前已經(jīng)申請了十項(xiàng)核心專利。
液相制備法突破瓶頸
石墨烯是石墨中剝離出的單層碳原子厚度的一種結(jié)構(gòu)。據(jù)劉劍洪教授介紹，目前市面上比較主流的石墨烯制備方法主要有兩種。其一是化學(xué)氣相沉淀CVD法，主要利用的是化學(xué)反應(yīng)冷卻沉積的方式來沉積石墨烯。由于化學(xué)反應(yīng)可控性不強(qiáng)，沉積所形成的石墨微片層數(shù)不穩(wěn)定，其制備的石墨微片很難達(dá)到石墨烯的結(jié)構(gòu)要求。第二種方法是氧化還原法，強(qiáng)氧化劑使石墨多層結(jié)構(gòu)中，層與層之間的鏈接分開，從而得到石墨烯。這種方法市場認(rèn)可，但是不能準(zhǔn)確分離石墨層，并且化學(xué)反應(yīng)會破壞石墨烯結(jié)構(gòu)，產(chǎn)出的石墨微片很難達(dá)到市場化要求。
劉劍洪團(tuán)隊(duì)針對石墨烯結(jié)構(gòu)難以完整的問題研發(fā)了化學(xué)液相法，該方法直接從液態(tài)高分子經(jīng)過一系列熱化學(xué)反應(yīng)燒結(jié)成為石墨烯。經(jīng)檢測，化學(xué)液相法生產(chǎn)的石墨烯經(jīng)其結(jié)構(gòu)與國際認(rèn)可的單層石墨烯結(jié)構(gòu)完全吻合。“只有完整的石墨烯結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮其卓越導(dǎo)電性的特效。”劉劍洪教授談到，“石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)該在于導(dǎo)電性上，若是由于技術(shù)瓶頸而放棄開發(fā)其導(dǎo)電性，轉(zhuǎn)而發(fā)展導(dǎo)熱性，利用高成本的石墨烯去達(dá)到電阻發(fā)熱的效果，是不符合市場發(fā)展趨勢的。”目前由劉劍洪研發(fā)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立的深圳市動力創(chuàng)新科技企業(yè)，深圳市安利豪實(shí)業(yè)有限公司，以及格林美股份有限公司已經(jīng)設(shè)立了合營公司，專注于推進(jìn)石墨烯技術(shù)成果在新能源、超細(xì)粉末、導(dǎo)電材料領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化。
劉劍洪：以工業(yè)4.0的要求發(fā)展石墨烯新材料產(chǎn)業(yè)
工業(yè)4.0時(shí)代的概念率先由德國提出，其意在闡述工業(yè)世界將迎來以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、機(jī)器自組織為標(biāo)志的第四次工業(yè)革命。國務(wù)院于今年5年發(fā)布《中國制造2025》規(guī)劃，標(biāo)志著中國制造業(yè)正在進(jìn)入工業(yè)4.0時(shí)代。劉劍洪教授對《第一財(cái)經(jīng)日報(bào)》的記者談到：“研發(fā)團(tuán)隊(duì)自始至終貫徹著工業(yè)4.0的思想及要求。在石墨烯產(chǎn)業(yè)化研究的過程中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)對數(shù)字化的成本控制、市場規(guī)模、投資效益回報(bào)都有詳細(xì)的研討。”
據(jù)介紹，目前研究團(tuán)隊(duì)投入市場化的產(chǎn)品除了石墨烯結(jié)構(gòu)微粒，可用作于海洋船舶防污涂料的由石墨烯包裹的銅，亞銅納米粉粒之外，還有石墨烯為載體的氧還原催化劑。據(jù)了解，石墨烯為載體的氧還原催化劑主要發(fā)展前景是在鋁空氣電池的應(yīng)用方面。使用石墨烯為載體的氧還原催化劑后，鋁空氣電池獲得的電流密度大幅度提升，并且解決了氧化銀作為催化劑壽命較短，易被空氣中的二氧化碳所干擾的不足。
有關(guān)業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，鋁空氣電池的相關(guān)概念從實(shí)驗(yàn)室研制到綜合測試乃至量產(chǎn)還都需要較長的時(shí)間，但鋁空氣電池在新能源汽車、手機(jī)電池、游艇蓄能產(chǎn)業(yè)的相關(guān)發(fā)展都是不可估量的。