“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(shí)，電動(dòng)車(chē)推廣中遇到的最大瓶頸問(wèn)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(chǎng)由中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主辦，深圳市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)和深圳清華大學(xué)研究生院承辦的論壇，是國(guó)內(nèi)乃至全世界在該領(lǐng)域的首次高水平研討活動(dòng)。石墨烯的發(fā)現(xiàn)者、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Andre Geim教授現(xiàn)身發(fā)表主題演講，并與20多名來(lái)自各國(guó)的頂級(jí)科學(xué)家共同研討未來(lái)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(lái)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(jí)。而在論壇上，深圳市副市長(zhǎng)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(lái)可能改變?nèi)祟?lèi)生活的熱點(diǎn)材料，深圳將加強(qiáng)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(chǎng)先機(jī)

石墨烯是人類(lèi)已知強(qiáng)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(jī)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(jiǎng)。

去年，歐委會(huì)決定投資10億歐元、期限10年，啟動(dòng)歐盟未來(lái)新興技術(shù)（FET）石墨烯旗艦項(xiàng)目，旨在把石墨烯和相關(guān)層狀材料從實(shí)驗(yàn)室?guī)肷鐣?huì)，為歐洲諸多產(chǎn)業(yè)帶來(lái)一場(chǎng)革命。

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

Andre Geim教授介紹，石墨烯是最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電性最好而且擁有強(qiáng)大靈活性的納米材料，可廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、超級(jí)電容器、太陽(yáng)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(hù)膜、選擇性過(guò)濾滲透膜等。

“事實(shí)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(guò)它或可制造出可彎曲的智能手表、可折疊成智能手機(jī)的平板電腦等。”一位與會(huì)的業(yè)內(nèi)人士說(shuō)，目前，三星、蘋(píng)果和谷歌公司等三大巨頭已開(kāi)始積累各種與石墨烯有關(guān)的專(zhuān)利。“據(jù)預(yù)測(cè)，到2016年全球移動(dòng)設(shè)備銷(xiāo)量將高達(dá)8470億美元，未來(lái)5年可穿戴設(shè)備的銷(xiāo)量將高達(dá)190億美元。這也意味著，掌握了石墨烯的開(kāi)發(fā)技術(shù)就成為公司未來(lái)在電子設(shè)備市場(chǎng)發(fā)展的關(guān)鍵。”

“一場(chǎng)材料領(lǐng)域的‘革命’正在發(fā)生。”Andre Geim教授認(rèn)為，預(yù)計(jì)3—5年之內(nèi)，石墨烯會(huì)有一個(gè)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(guó)對(duì)于專(zhuān)利申請(qǐng)的門(mén)檻不一，但單從數(shù)量上講，中國(guó)大陸申請(qǐng)石墨烯技術(shù)的專(zhuān)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(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)續(xù)航500公里

清華大學(xué)深圳研究生院近年來(lái)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(duì)現(xiàn)在應(yīng)用較多的鉛酸蓄電池和鋰電池的缺點(diǎn)。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(dòng)車(chē)，但續(xù)航能力較弱且充電耗時(shí)長(zhǎng)。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(shuō)，目前實(shí)驗(yàn)已經(jīng)取得很好的結(jié)果，正準(zhǔn)備申請(qǐng)美國(guó)、中國(guó)的專(zhuān)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(dòng)車(chē)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(wèn)題，并預(yù)測(cè)低成本明年便可實(shí)現(xiàn)。“目前它的價(jià)格貴過(guò)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(guò)兩年甚至可能降到1—5元。”

康飛宇說(shuō)，目前通過(guò)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(lái)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(shí)驗(yàn)室階段”。

作為重要的新材料和新能源，石墨烯在深圳近年來(lái)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(jí)。但與國(guó)內(nèi)無(wú)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(méi)有形成規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較慢。康飛宇曾對(duì)深圳石墨烯市場(chǎng)進(jìn)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(jī)構(gòu)則為10家左右。

“這與企業(yè)和機(jī)構(gòu)對(duì)石墨烯的認(rèn)識(shí)不足，對(duì)下游技術(shù)開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)需求的反應(yīng)較慢有關(guān)。”不過(guò)，康飛宇也提醒，目前全世界對(duì)石墨烯的研究和產(chǎn)業(yè)化都處在起步階段，真正離市場(chǎng)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(duì)于政府而言，不要‘跟風(fēng)’，而應(yīng)冷靜地進(jìn)行戰(zhàn)略布局，形成產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合和以市場(chǎng)為導(dǎo)向的石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，比如引進(jìn)人才、搭建工程中心和實(shí)驗(yàn)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(jí)電容器、太陽(yáng)能電池、觸摸屏等。它曾一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無(wú)法單獨(dú)穩(wěn)定存在，直至2004年，英國(guó)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(shí)驗(yàn)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(jiǎng)。