“如果石墨烯成功應(yīng)用于鎳鋅電池，則15分鐘完成充電、續(xù)航500公里將成為可能。屆時，電動車推廣中遇到的最大瓶頸問題將迎刃而解。”為期3天的2014石墨烯高峰論壇21日在清華大學(xué)深圳研究生院結(jié)束。

這場由中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會主辦，深圳市科學(xué)技術(shù)協(xié)會和深圳清華大學(xué)研究生院承辦的論壇，是國內(nèi)乃至全世界在該領(lǐng)域的首次高水平研討活動。石墨烯的發(fā)現(xiàn)者、諾貝爾物理學(xué)獎獲得者Andre Geim教授現(xiàn)身發(fā)表主題演講，并與20多名來自各國的頂級科學(xué)家共同研討未來研究以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路。

據(jù)了解，作為重要的新材料和新能源，石墨烯在深圳近年來快速發(fā)展的新能源、電子信息、生物材料、導(dǎo)熱材料以及復(fù)合材料領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用空間，產(chǎn)業(yè)契合度很高，可加快深圳產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級。而在論壇上，深圳市副市長唐杰也表示，深圳正迅速轉(zhuǎn)型成以高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)支撐的現(xiàn)代化城市，是科技創(chuàng)新的受益者。石墨烯是未來可能改變?nèi)祟惿畹臒狳c材料，深圳將加強在石墨烯領(lǐng)域的人才支持與資金支持。

巨頭公司已著手搶占市場先機

石墨烯是人類已知強度最高、韌性最好、重量最輕、透光率最高、導(dǎo)電性最佳的材料。Andre Geim教授和Konstantin Novoselov博士于2004年采用機械剝離的方法，首次獲得了石墨烯，并發(fā)現(xiàn)其具有理想的二維結(jié)構(gòu)和奇特的電子性質(zhì)，這一發(fā)現(xiàn)很快引起科學(xué)界廣泛關(guān)注和產(chǎn)業(yè)界極大興趣。2010年，兩人由此獲得諾貝爾物理學(xué)獎。

去年，歐委會決定投資10億歐元、期限10年，啟動歐盟未來新興技術(shù)（FET）石墨烯旗艦項目，旨在把石墨烯和相關(guān)層狀材料從實驗室?guī)肷鐣?，為歐洲諸多產(chǎn)業(yè)帶來一場革命。

“石墨烯發(fā)現(xiàn)之后僅6年就獲諾貝爾獎，幾乎是史無前例。而獲獎之后才4年就獲得投資也是極為罕見。”清華大學(xué)深圳研究生院院長康飛宇教授說。

Andre Geim教授介紹，石墨烯是最薄、最堅硬、導(dǎo)電性最好而且擁有強大靈活性的納米材料，可廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、超級電容器、太陽能電池、生物質(zhì)材料、傳感器、超高頻電子及光電子設(shè)備、藥物載體，以及用作觸摸屏、保護膜、選擇性過濾滲透膜等。

“事實上，石墨烯已成為制造靈活顯示屏、可穿戴設(shè)備以及其它下一代電子設(shè)備的理想材料。通過它或可制造出可彎曲的智能手表、可折疊成智能手機的平板電腦等。”一位與會的業(yè)內(nèi)人士說，目前，三星、蘋果和谷歌公司等三大巨頭已開始積累各種與石墨烯有關(guān)的專利。“據(jù)預(yù)測，到2016年全球移動設(shè)備銷量將高達8470億美元，未來5年可穿戴設(shè)備的銷量將高達190億美元。這也意味著，掌握了石墨烯的開發(fā)技術(shù)就成為公司未來在電子設(shè)備市場發(fā)展的關(guān)鍵。”

“一場材料領(lǐng)域的‘革命’正在發(fā)生。”Andre Geim教授認為，預(yù)計3—5年之內(nèi)，石墨烯會有一個令人驚奇的應(yīng)用。記者則注意到，華為、富士康、比亞迪等深圳知名企業(yè)均參與了此次論壇。

據(jù)悉，盡管世界各國對于專利申請的門檻不一，但單從數(shù)量上講，中國大陸申請石墨烯技術(shù)的專利占到了全球的50%以上，“石墨烯熱”的大風(fēng)已經(jīng)刮起。

有望實現(xiàn)電動汽車續(xù)航500公里

清華大學(xué)深圳研究生院近年來也一直在做石墨烯產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展研究。“現(xiàn)在主要是研究石墨烯在鎳鋅電池體系的應(yīng)用，即針對現(xiàn)在應(yīng)用較多的鉛酸蓄電池和鋰電池的缺點。其中，鉛酸蓄電池的使用壽命只有幾百次，且具有污染性。而鋰電池用于電動車，但續(xù)航能力較弱且充電耗時長。所以我們現(xiàn)在希望研發(fā)一種用不壞且高容量的綠色電池，甚至是鋰電池蓄電量的2—3倍。”

康飛宇說，目前實驗已經(jīng)取得很好的結(jié)果，正準(zhǔn)備申請美國、中國的專利技術(shù)。“如果研發(fā)成功，15分鐘完成充電、續(xù)航500公里不是不可能的事，完全可以解決目前電動車推廣中遇到的電池這一核心難題。”康飛宇直言，當(dāng)下石墨烯最亟待解決的是低成本和規(guī)?；a(chǎn)這兩大問題，并預(yù)測低成本明年便可實現(xiàn)。“目前它的價格貴過黃金，最便宜的也要500元/克。但我相信一年之后，可以降到50元，再過兩年甚至可能降到1—5元。”

康飛宇說，目前通過天然石墨剝層等技術(shù)，石墨烯的生產(chǎn)已經(jīng)接近量產(chǎn)的水平。未來兩三年內(nèi)，便可大規(guī)模應(yīng)用在電池、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等材料領(lǐng)域，替代現(xiàn)有的材料。而在觸摸屏、傳感器等器械上的大規(guī)模應(yīng)用則還需要3—5年，“目前這方面的研究仍停留在實驗室階段”。

作為重要的新材料和新能源，石墨烯在深圳近年來快速發(fā)展的新能源、電子信息等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用空間，產(chǎn)業(yè)契合度很高，可加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級。但與國內(nèi)無錫和常州等城市相比，深圳該領(lǐng)域基本仍處于研究階段，沒有形成規(guī)模化，產(chǎn)業(yè)化進程較慢?？碉w宇曾對深圳石墨烯市場進行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前深圳大概有十幾家中小企業(yè)正從事石墨烯的生產(chǎn)應(yīng)用，研究機構(gòu)則為10家左右。

“這與企業(yè)和機構(gòu)對石墨烯的認識不足，對下游技術(shù)開發(fā)和市場需求的反應(yīng)較慢有關(guān)。”不過，康飛宇也提醒，目前全世界對石墨烯的研究和產(chǎn)業(yè)化都處在起步階段，真正離市場化還有一段距離，不宜盲目投資。“當(dāng)前首先是把基礎(chǔ)研究做好，對于政府而言，不要‘跟風(fēng)’，而應(yīng)冷靜地進行戰(zhàn)略布局，形成產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合和以市場為導(dǎo)向的石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，比如引進人才、搭建工程中心和實驗室，適當(dāng)扶持中小企業(yè)等。”

石墨烯

是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，可廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、超級電容器、太陽能電池、觸摸屏等。它曾一直被認為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無法單獨穩(wěn)定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家Andre Geim教授和Konstantin Novoselov博士成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，兩人因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。