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“众人膜拜”的石墨烯终下神坛

日期: 2018-05-10
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前言

2010年诺贝尔物理奖的公布,让全世界认识了石墨烯这一神奇的二维材料。随后人们对石墨烯的基础研究和应用探索如百舸争流。近两年,石墨烯开始走下神坛,如今石墨烯行业看似低调,业界却是 暗自较劲

有“工业味精”之称的石墨烯将如何“飞入寻常百姓家”?

1

降火

石墨烯是当前世界上最轻的材料。因具有良好的抗拉强度及透光、导电和导热性能,它被誉为新世纪的“材料之王”。

一项新技术的诞生,蕴藏着改变世界的力量。自2004年英国曼彻斯特大学的两位俄裔科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫巧妙地利用机械剥离法分离出单层的石墨烯以后,石墨烯材料吸引国内外专家数十年的探索研究,市面上可见的“石墨烯+”产品如雨后春笋般出现,但从产品和技术周期来看,石墨烯的热度正在逐渐消散。

当前石墨烯行业发展如何?

业界如何看待石墨烯产业?

未来行业聚焦产品领域在何方?

学术派的应用思考

蒋旭一直认为自己很幸运。从读研究生时就开始接触石墨烯材料,再到后来一手创办的南京先丰纳米材料科技有限公司,正赶上国内石墨烯产业发展的“快车”。

2008年,蒋旭是南京大学纳米学专业的研究生一年级学生,国内石墨烯的学术研究刚刚兴起。导师带着他一起进行技术实验,这也让蒋旭对石墨烯材料有了深入的理解。

“科研工作很枯燥,最初产品不稳定,每天从早上7点到凌晨都‘泡’在实验室,我们花了3个月的时间才解决产品问题。”蒋旭介绍,由于石墨烯在当时是新鲜事物,加上自己课余时间就喜欢逛纳米材料的论坛,结识了一个在北京做外贸服务的网友。

双方熟悉了之后,网友想购买1克石墨烯,供给他的国外客户。蒋旭得知后有些不情愿。

“因为石墨烯提取工艺复杂,需要处理得很精细,一天在实验室最多能提炼一两克。”蒋旭以忙碌为由拒绝了很多次,但是对方一直坚持,后来只能无奈应下。很快他就发现一个新问题,石墨烯材料在国内还未成规模,无从考量市场定价。蒋旭又查找国际石墨烯市场上的定价标准和产品,还是一无所获。

既然材料如此稀缺,蒋旭为了免受朋友的“骚扰”,索性定高了石墨烯材料的价格——600元/克。不料之后的需求量越来越大,买家也从国际扩展到国内,一个月可以赚得一两万元。

“众人膜拜”的石墨烯终下神坛

蒋旭再也坐不住了,便向导师汇报了情况,导师和辅导员对此表示支持,还给他介绍了很多科技企业的资源。2011年,正是国内石墨烯产业受到热捧的时期,初出茅庐的他在创业的第一年就完成了近百万的年销售额。

技术后周期的市场反应

目前,多个国家将石墨烯的发展提升至战略高度,我国就是其中的代表。特别是近年来,国内的各种石墨烯利好因素密集出现,高层关注、政策利好、资本推动、企业布局都在推着中国石墨烯行业的快速发展。同时,石墨烯的发现者、两位诺奖得主也频频访问中国,了解中国石墨烯产业化的情况。安德烈·海姆教授曾为科技日报的读者题词:“中国正引领石墨烯商业化。石墨烯与你们同在!”

在深圳华控赛格科技有限公司技术总监于灏博士于灏看来,石墨烯产业在冰火两重天中前行

由于下游领域无法消化这些新生的石墨烯产能,导致产品同质化引发的恶性竞争。在此期间,一部分石墨烯原材料厂商开始寻求下游应用的破局思路,开发石墨烯的终端产品,通过提高产品在下游市场的渗透率来带动自身原材料的生产销售。于灏表示,“当时,业界都在讨论,到底是先提升原材料的品质,还是先把市场做起来”。

实际上,不仅仅是石墨烯,很多新兴技术在发展的过程中都会经历热炒、逐步务实到大规模发展等阶段。石墨烯正在度过炒作期的高点,进入到低调发展的阶段。

“众人膜拜”的石墨烯终下神坛

2

曙光

宋代诗人杨万里有一首质朴的小诗:“莫言下岭便无难,赚得行人空喜欢。正入万山圈子里,一山放过一山拦。”用来形容石墨烯行业也颇为贴切。

目前,国内石墨烯产业化应用进行到哪一步了呢?

从红海到蓝海

”7年前,金虎曾在一家国企的管理层任职。在国企工作13年的他,不满足于良好的福利待遇,创办了二维碳素,2015年在新三板挂牌上市。

“石墨烯创业难在它没有市场,创业者需要挖掘和培育一个新市场。”金虎认为,石墨烯企业不仅要把材料做出来,还要把材料的应用产品做出来。

“ 石墨烯制备出来以后,应该卖给谁呢?”这是金虎遇到的一个问题。

据金虎回忆,当时做石墨烯触摸屏,一是因为石墨烯具有透明、导电的性能,其二是他的投资人有一家触摸屏公司。进展比他预想得快。从2012年1月,产品研发完成到2014年量产出货只经历了两年多。

出乎意料的是,虽然石墨烯触摸屏为石墨烯首个应用打开了一扇窗,却让二维碳素走入了一个困境:随着触摸屏市场快速红海化,产品很快失去了利润优势。

在触摸屏市场竞争激烈的2015年,一则新闻让金虎发现了一个全新的蓝海市场。当时iPhone6采用压力触控技术发布了3D touch功能。让他兴奋的是,二维碳素正在研发的石墨烯压力传感器,通过苹果公司对3D touch的认可,有了明确的市场目标。

今年,金虎对石墨烯传感器能实现量产和可观的销售额十分乐观。石墨烯传感器的技术门槛很高,主要难在开发的过程中与下游客户进行的系统性磨合。“我们两年前发布的传感器和现在的传感器完全不同,这就是两年来与系统集成商磨合的结果。”

虽然触摸屏产品没能让二维碳素扭转亏损的局面,“但它让我们在手机产业链里摔打了四五年,才找到传感器的新机会。”金虎认为,这应该是石墨烯的杀手锏应用。

石墨烯产业进入深水区

石墨烯的产业化应用远没有预想的那样快。它们会成功吗?

“从石墨烯产业发展来看,表面上风平浪静,实则暗潮涌动。它已进入深水区。”从2011年开始关注石墨烯的国家新材料产业发展专家咨询委员会委员、中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春告诉《经济》记者,简而言之,“忽悠时代”已经过去。

目前石墨烯产业发展较快主要有三个领域:

石墨烯防腐材料

新能源汽车电池

石墨烯电加热膜。

3

分歧

业内对石墨烯的看法存在分歧。不仅如此,国内外对石墨烯的看法颇为不同。分歧是否意味着机会?

单层与多层之争

“不同于其他材料,石墨烯的应用面十分宽泛,在能源、环境、电子信息、先进/复合材料等方面都能发挥重要作用。可以预见的是,石墨烯在后期的产业应用价值将更加‘保值’‘增值’。”自2008年起就一直从事和关注石墨烯的相关研究的北京理工大学教授曲良体告诉《经济》记者。

从全世界范围来看,中国是发展石墨烯最积极的国家。但是国内外的石墨烯在概念上差别很大。美国方面认为只有单层才能称为石墨烯,而国内认为十层以内都算石墨烯。国内的石墨烯粉体在美国人眼里不是石墨烯。目前美国国家标准与技术研究院在制定石墨烯标准主要做两项工作,一是制定石墨烯标准,二是制定石墨烯检测方法。

10年总投资预计10亿欧元的欧盟石墨烯旗舰计划,其石墨烯应用的主流方向与国内也并不相同。北京石墨烯研究院执行院长魏迪曾指出,欧盟石墨烯旗舰计划启动了17个新的石墨烯研究项目,他们关注的是石墨烯的超级汽车、物联网传感器、可穿戴设备和健康管理、数据通信、能源技术以及复合材料等前沿、未来的领域。

有行业人士分析,石墨烯在国内应用较早,大部分应用领域与传统产业转型升级相关,故而与国外应用布局有很大不同。

市场声音:缺乏高端领域战略布局

“市场需求的推动是石墨烯发展快的首要原因。”国家新材料产业发展专家咨询委员会委员、中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春认为,石墨烯的出现让传统产业看到了转型升级的希望。原来的产品加了石墨烯之后,可以提高性价比,企业也找到一个转型升级的抓手。同时,地方政府也在探寻产业转型升级的支撑点,二者不谋而合。

石墨烯走了一条与其他材料相反的路:民间资本和地方政府先推动,国家后跟进。这正体现了市场的推动力。据统计,2013年,石墨烯企业数仅10余家,到2018年,企业数达4000多家。

尽管,有行业人士质疑4000多家石墨烯企业的真实水平,但石墨烯可能是新材料领域中,唯一靠地方民间资本发展的产业。

“众人膜拜”的石墨烯终下神坛

不过从侧面也反映出,中国缺乏在高端领域的战略布局。“特别是在光电领域,石墨烯在这方面可以发挥出更好的效果,但是可能时间比较长,需要5年-8年,甚至10年以上。”李义春表示,现在石墨烯领域的投资以民间资本和地方支持为核心。中国的企业、民间资本比较急功近利,也没有实力进行长远的战略投资。在国外,对高端前沿和关键领域的布局,也是在政府的支持下进行的,如欧盟、韩国、新加坡等。

从国家层面的支持来看,石墨烯产业并没有感受到太明显的支持。王忠辉指出,地方政府反而在不同程度上给予企业一定的扶持,如用人、税收方面的优惠等。王忠辉希望,国家在扶持科研院校做基础研究的同时,也能够给产业化较好的企业一些财税扶持或政策支持。

目前对所谓的石墨烯“高端应用”说法不一。曲良体认为,每个国家研究的方向和领域有差别。国内的企业、研究院所和高校的研究团队,也有自己的关注点,这是很正常的现象。很多有价值的“突破性”应用,并不是靠计划得来的。石墨烯的应用也是如此。

“国家新材料产业发展专家咨询委员会对石墨烯非常重视。我们也提出了很多建议。今年将作为重点工作来抓。”不过,李义春还是希望国家有关部门,如工信部、发改委、科技部等,将石墨烯在关键领域的研发,纳入到他们的支持计划中。

记者从工业和信息化部获悉,2018年将进一步做好石墨烯发展的顶层设计,加快构建以企业为主体、产学研用紧密结合、产业上下游有效协同的石墨烯产业发展新体系。

国内外、学界与产业界对石墨烯及其应用存在一定分歧。目前国内很多省市都建设了石墨烯产业园,未来国内石墨烯行业到底该怎么做,非常值得研究。

4

动力

未来石墨烯的产业想象

目前全球对石墨烯的深入研究迈过10年大关,在电子信息、新能源、航空航天和柔性电子等领域展现了巨大的发展潜力,有望催生一个新兴的千亿级产业

2017年春晚过后,一款高科技防寒装备——石墨烯新材料保暖衣在网络上迅速蹿红,通过服饰夹层加入石墨烯导热膜,利用便携式的充电宝供电,实现加热的功能。不过石墨烯导热膜会比布料硬很多,消费者穿戴时异物感会比较强,影响产品的体验效果。对于这个问题,石墨烯的原材料厂商会从原材料入手寻求解决方案。

例如,二维碳素就采用了更加柔软支撑材料代替传统的高分子薄膜,来提升体验感。相比之下,一些下游厂商会依托多年来对于产品本身的深刻理解,来想办法将石墨烯融入到它们的自有产品当中。

通过以上例子,深圳华控赛格科技有限公司技术总监于灏解释,现在石墨烯产业虽然存在瓶颈,但同质化竞争正在孕育出一些这类特色化的创新,百家争鸣可能是我们正在迎来的一个市场环境阶段,挑战孕育着机遇。

北京吉泰亿阳科技有限公司董事钟成表示,随着石墨烯材料成本的降低,目前物理法制备石墨烯,若对品质要求不太高,市场价大约在1000元/kg的水平,已经远远低于3年前300元/g的天价。

“近5年来,石墨烯产业发展经历了启动、追捧、冷却阶段,目前应该说已经逐步进入理智成长的阶段。石墨烯是一种全新的纳米材料,但它不能直接变成产品。只有全面深入地了解它,才能把它用在最适合的地方。”钟成如是说。

由于石墨烯目前主要作为添加剂使用,电池、涂料、导电油墨等领域的价格可以被市场接受。石墨烯产业的规模化生产也早已经具备了生产能力,年产能有上千吨的能力。之所以目前还未形成真正的大规模生产,主要还是由于应用技术的滞后。钟成解释道:“换句话说,现在还没有优质的行业参与者出现。待若干有核心技术、主打产品和研发能力的高技术企业涌现时,行业才会健康可持续发展。”

于灏认为,石墨烯产业化应用正在步入到一个新的阶段,探索新的可渗透应用领域和已应用领域的差异化创新,如石墨烯电动口罩,添加运动检测模块、呼吸检测模块,从智能硬件的角度来尝试寻找产品的突破点。在这个阶段,风口、周期、时局可能是要被考虑的重要因素,因为决定产品成败的核心要素不仅仅是产品品质本身,外部的大环境同样变得越发重要起来。

石墨烯

“中国的石墨烯新材料产业是与全球同步的,石墨烯在工业制造、国防军工、医疗健康等领域的应用极其广阔,而应用产业还处于发展初期,需要得到更多的政策的支持、人才的加入以及资本的投入。”代淑香表示,若要加速石墨烯的产业化和应用进程,科研机构应从下游需求和应用去着手,才能更具针对性地进行研发。只有得到下游应用需求的支撑,石墨烯产业才能真正的具有生命力和可持续性。


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