石墨烯號(hào)稱“新材料之王”,是一種二維蜂窩狀純碳材料,集眾多特性于一身。它是目前最薄、最輕的材料,同時(shí)也是最強(qiáng)、最堅(jiān)硬的材料。雖然石墨很軟,但是單層的石墨烯材料甚至比金剛石還硬。

如今，石墨烯被公認(rèn)為“徹底改變21世紀(jì)的新材料”，世界各國(guó)科研人員都在竭盡所能進(jìn)行研發(fā)工作，希望發(fā)現(xiàn)更多新興應(yīng)用領(lǐng)域。那么，作為“新材料之王”的石墨烯有哪些應(yīng)用呢？

1.下一代超級(jí)計(jì)算機(jī)。墨烯是目前已知導(dǎo)電性能最好的材料，這種特性尤其適合于高頻電路。因此，石墨烯被認(rèn)為是硅的替代品，可制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)。據(jù)稱，石墨烯制造的計(jì)算機(jī)處理器運(yùn)行速度將會(huì)快數(shù)百倍，且能耗更低。

2.智能服裝。石墨烯的重要特點(diǎn)就是它的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性。現(xiàn)在市面上已經(jīng)出現(xiàn)了一些能夠“發(fā)電”的衣物。這種智能紡織品中帶有光伏材料或運(yùn)動(dòng)發(fā)電裝置，當(dāng)手機(jī)需要充電時(shí)，衣服就能充當(dāng)移動(dòng)電源補(bǔ)給電力，而石墨烯的導(dǎo)熱性還能為人體提供紅外理療功能。

3.醫(yī)療傳感器。在對(duì)石墨烯橡皮泥進(jìn)行的多項(xiàng)測(cè)試中，研究人員將這種符合材料分別放置在人的胸部和頸部，用來測(cè)量呼吸、脈搏和血壓。研究結(jié)果表明，對(duì)于應(yīng)變式傳感器和壓力傳感器來說，這種復(fù)合材料擁有前所未有的靈敏度，是現(xiàn)有傳感器的數(shù)百倍，未來有望應(yīng)用于醫(yī)療傳感器中。

4.“太空電梯”纜線。美國(guó)研究人員稱，“太空電梯”的最大障礙之一，就是如何制造出一根從地面連向太空衛(wèi)星、長(zhǎng)達(dá)23000英里并且足夠強(qiáng)韌的纜。美國(guó)科學(xué)家證實(shí)，地球上強(qiáng)度最高的物質(zhì)“石墨烯”完全適合用來制造太空電梯纜線。為了激勵(lì)科學(xué)家發(fā)明出制造太空電梯纜線的堅(jiān)韌材料，美國(guó)NASA此前還發(fā)出了400萬美元的懸賞。

5.太陽能電池。石墨烯透明導(dǎo)電膜對(duì)于包括中遠(yuǎn)紅外線在內(nèi)的所有紅外線都具有高透明性，是轉(zhuǎn)換效率非常高的新一代太陽能電池最理想材料。而石墨烯優(yōu)良的彈性和延展性也使它成為制造太陽能電池最理想的候選者。

6.觸控面板材料。有研究人員表明，通過化學(xué)氣相沉積法就可以制成大面積的、連續(xù)、透明和高導(dǎo)電率的石墨烯薄膜，這種薄膜的能量轉(zhuǎn)率大約是鋁氧化銦錫的二分之一。目前，已經(jīng)有可穿戴設(shè)備開始考慮采用石墨烯觸控層，可以想象，未來的觸控世界有可能被石墨烯主宰。

7..航空航天材料。航材院基于鋁基石墨烯材料的研究，利用石墨烯高強(qiáng)、高模量的特性，以及航材院生產(chǎn)石墨烯粉末品質(zhì)高、比表面積大和易于分散的特點(diǎn)，成功研制出700MPa級(jí)別以上的石墨烯鋁基復(fù)合材料，以及彈性模量95GPa以上石墨烯鋁基復(fù)合型材。

8.新型塑料包裝。當(dāng)下塑料包裝十分普及，但其防水性卻比較差。有研究團(tuán)隊(duì)利用獨(dú)有的工藝將單層石墨烯與塑料聚合物膜結(jié)合在一起。加入石墨烯的塑料防水性提升顯著，實(shí)現(xiàn)了將水汽含量每天控制在0.000030g/以內(nèi)。此外，混合石墨烯塑料包裝延長(zhǎng)了設(shè)備的保存期。基于加速老化實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，研究人員認(rèn)為那些用混合石墨烯塑料包裹的產(chǎn)品有保存1年的潛力，對(duì)比常規(guī)塑料效果顯著。

石墨烯產(chǎn)業(yè)虛火太旺，亂象從生

公開數(shù)據(jù)顯示，目前全球石墨烯年產(chǎn)能已達(dá)到百噸級(jí)，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，未來五年到十年，石墨烯年產(chǎn)能將達(dá)到千噸級(jí)。到2020年，石墨烯產(chǎn)業(yè)化規(guī)模將取得突破，并達(dá)到千億級(jí)別。其中，新能源市場(chǎng)規(guī)模將突破534億元，復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模將突破372億元，電子信息行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將突破267億元。

據(jù)CGIAResearch統(tǒng)計(jì)，我國(guó)石墨烯企業(yè)從2016年開始出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，僅2016年一年全國(guó)新增注冊(cè)從事石墨烯相關(guān)的企業(yè)數(shù)量就達(dá)到704家。截止到2017年2月，全國(guó)擁有石墨烯技術(shù)專利、從事相關(guān)制備、銷售、應(yīng)用、投資、檢測(cè)、技術(shù)服務(wù)的企業(yè)數(shù)量達(dá)到2059家。

其中擁有成形石墨烯業(yè)務(wù)的企業(yè)數(shù)量為533家。其中擁有石墨烯企業(yè)數(shù)量前三的三個(gè)省份分別為江蘇省、廣東省和山東省。

圖1全國(guó)石墨烯企業(yè)細(xì)分行業(yè)分布情況

從全國(guó)石墨烯企業(yè)細(xì)分行業(yè)分布情況我們可以發(fā)現(xiàn)，目前企業(yè)主要集中于石墨烯研發(fā)、應(yīng)用、銷售、技術(shù)服務(wù)以及制備，在石墨烯檢測(cè)方面全國(guó)僅有9家。

圖2每年新增石墨烯企業(yè)數(shù)量情況

結(jié)合圖2，可以看出我國(guó)石墨烯企業(yè)從2016年開始出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，僅2016年一年全國(guó)新增注冊(cè)從事石墨烯相關(guān)的企業(yè)數(shù)量就達(dá)到704家，但是大多以研發(fā)為主，有實(shí)質(zhì)性成形業(yè)務(wù)的企業(yè)數(shù)量?jī)H為125家，說明行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)也造就了行業(yè)市場(chǎng)短期的急功近利的行為。

截至目前，全球30多個(gè)國(guó)家有超過500家企業(yè)涉足石墨烯及其應(yīng)用研究，幾乎每周都有關(guān)于研發(fā)石墨烯的實(shí)驗(yàn)室傳出新成果的消息，其中有些成果可能會(huì)在未來惠及世界，但有些恐怕明知是在做無用功，卻以成果之名“講故事”以套取更多研發(fā)資金，讓不知情者將這些“成果”當(dāng)作現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，忽略其距離產(chǎn)業(yè)化還有相當(dāng)長(zhǎng)的距離。

目前，受制于技術(shù)瓶頸，石墨烯產(chǎn)業(yè)尚未形成完整成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，研發(fā)制備企業(yè)和下游應(yīng)用企業(yè)脫節(jié)，產(chǎn)品技術(shù)水平參差不齊，市場(chǎng)發(fā)展不是很健康，甚至出現(xiàn)造假侵權(quán)、魚目混珠的現(xiàn)象。甚至有個(gè)別企業(yè)的產(chǎn)品披上“石墨烯”的外衣，把石墨當(dāng)作石墨烯來賣；在紡織品中摻入一點(diǎn)所謂的石墨烯粉制成衣服，對(duì)消費(fèi)者說具有美容養(yǎng)顏的作用。這給產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了很大的傷害，然而，因有石墨烯噱頭，不明真相的投資市場(chǎng)關(guān)注熱度卻不降反增。

顯然，抱以急功近利的心態(tài)做產(chǎn)業(yè)是“活”不長(zhǎng)的。而制定國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌融合，將有助于石墨烯產(chǎn)業(yè)正本清源。

為了規(guī)范不良現(xiàn)象，中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)界提出四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)：一是做有意義的標(biāo)準(zhǔn)，以營(yíng)造良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境；二是促進(jìn)典型應(yīng)用，圍繞表征測(cè)量做一些標(biāo)準(zhǔn)，為產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步應(yīng)用提供技術(shù)支撐；三是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展，讓產(chǎn)業(yè)有一定集中度，形成有序競(jìng)爭(zhēng)；四是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)深度融合各行各業(yè)。

未來的石墨烯產(chǎn)業(yè)會(huì)是一塊大蛋糕。當(dāng)然,這塊蛋糕我們能夠切到多少是個(gè)未知數(shù)。取決于我們現(xiàn)在關(guān)注什么,我們需要關(guān)注的是引領(lǐng)未來的核心技術(shù),而不僅僅是今天的產(chǎn)品。當(dāng)然,從一個(gè)實(shí)驗(yàn)室材料和技術(shù)走到產(chǎn)業(yè)需要很長(zhǎng)的路,需要投入、堅(jiān)持和耐心。