劉忠范：石墨烯產(chǎn)業(yè)切勿重演大煉鋼鐵運(yùn)動

中國現(xiàn)在處于“石墨烯淘金熱”中，全國各地都在做石墨烯產(chǎn)業(yè)，石墨烯這個詞幾乎是家喻戶曉。據(jù)了解，中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授劉忠范在首屆“求是西湖學(xué)會”化學(xué)分會上，就中國石墨烯產(chǎn)業(yè)的研究、發(fā)展方向等方面分享了他的經(jīng)驗(yàn)和看法。在演講中，劉忠范分享了他所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊在石墨烯方面取得的一些成果，同時，也給人們以警示，切勿讓石墨烯產(chǎn)業(yè)重演早前大煉鋼鐵運(yùn)動。本期文章根據(jù)劉忠范教授當(dāng)天的演講整理并略作編輯而成。

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中國科學(xué)院院士劉忠范

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　　石墨烯是一種二維蜂窩狀純碳材料。大家所熟知的石墨，一層一層地剝離開來，就是石墨烯。石墨烯號稱新材料之王，集眾多特性于一身。它是最薄、最輕的材料，同時也是最強(qiáng)、最堅硬的材料。雖然石墨很軟，但是單層的石墨烯材料甚至比金剛石還硬。我們所熟知的金剛石導(dǎo)熱性很好，熱導(dǎo)率在2000W/m?K左右，而石墨烯的熱導(dǎo)率達(dá)到5300W/m?K。石墨烯還兼具柔性、透明等特性，而且只有質(zhì)子能夠穿透。這些優(yōu)良的特性賦予了石墨烯材料極為廣闊的應(yīng)用前景，也是吸引全世界眼球的根本原因。
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　　中國石墨烯產(chǎn)業(yè)化運(yùn)動
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　　中國擁有全世界最為龐大的石墨烯研發(fā)隊伍，從2011年起發(fā)表的學(xué)術(shù)論文數(shù)量就穩(wěn)居世界第一。
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　　中國申請的石墨烯專利數(shù)量也高居全球榜首，呈遙遙領(lǐng)先之勢。
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　　中國正在掀起一場轟轟烈烈的石墨烯產(chǎn)業(yè)化運(yùn)動。我一直在更新這張石墨烯產(chǎn)業(yè)園分布圖，目前全國有將近二十個石墨烯產(chǎn)業(yè)園，這個數(shù)字幾乎每天都在增長之中。無論是發(fā)達(dá)地區(qū)，還是偏遠(yuǎn)地區(qū)，都在建石墨烯產(chǎn)業(yè)園，這讓我想起1958年大躍進(jìn)時期的大煉鋼鐵運(yùn)動。
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　　其實(shí)對于石墨烯材料來說，理想與現(xiàn)實(shí)差距很大。理想的石墨烯具有完美的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)實(shí)的石墨烯就像一件破衣服，由無數(shù)個石墨烯微片拼接而成。石墨烯上有很多缺陷，還有很多臟東西。因此，現(xiàn)實(shí)制備出來的石墨烯材料性能沒有那么好，價值也沒有那么高。套用一句網(wǎng)絡(luò)語言，就是“理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感”。
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　　我一直認(rèn)為，我們可以看不懂未來，但是可以回顧歷史，溫故而知新。大家所熟悉的碳纖維研發(fā)歷史很有借鑒意義。1961年，大阪工業(yè)技術(shù)試驗(yàn)所進(jìn)藤昭男發(fā)明聚丙烯腈基碳纖維制備技術(shù)，十年后的1971年日本東麗公司率先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)，每月一噸的規(guī)模。東麗公司沿著T300、T800、T1000的標(biāo)號之路不斷提升碳纖維的質(zhì)量，投入了1400多億日元研發(fā)資金。直到2003年贏得波音787合同，才真正扭虧為盈。實(shí)際上，早年的碳纖維只能做釣魚桿，而現(xiàn)在的碳纖維已成為先進(jìn)航空器的支撐材料。同樣叫碳纖維，但是東西不一樣，強(qiáng)度完全不一樣。我相信石墨烯材料也會走同樣的路，需要時間的積淀，需要持續(xù)的投入，更需要耐心。
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　　我也一直認(rèn)為，制備決定未來?，F(xiàn)在的石墨烯并不等同于未來的石墨烯。
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　　現(xiàn)在我們看一看石墨烯是怎么制備出來的。
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　　石墨烯的制備方法
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　　石墨烯可以分成兩大類，粉體石墨烯和薄膜石墨烯，制備方法不同，用途也完全不同。前者可以稱之為男石墨烯，傻大黑粗；后者則是高品位的女石墨烯。當(dāng)然這是玩笑，不能當(dāng)真。我的團(tuán)隊更多關(guān)注的是女石墨烯的制備方法。
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　　從大規(guī)模生產(chǎn)的角度講，粉體石墨烯通常從石墨出發(fā)制備，通過一系列的物理化學(xué)過程把石墨烯從塊體石墨上剝離下來。一般這種石墨烯質(zhì)量較差，但產(chǎn)量很大，也比較便宜。目前國內(nèi)產(chǎn)能已達(dá)到七千噸規(guī)模，實(shí)際產(chǎn)量也就百噸規(guī)模。化學(xué)氣相沉積方法是規(guī)?；苽浔∧な┑耐ㄓ眉夹g(shù)，所得到的石墨烯質(zhì)量很高，當(dāng)然也比較貴，目前國內(nèi)產(chǎn)能已達(dá)到年產(chǎn)百萬平米量級。北京大學(xué)在高質(zhì)量石墨烯制備方面做了大量的研究探索，在標(biāo)號石墨烯薄膜、三維粉體石墨烯、超級石墨烯玻璃以及超級石墨烯光纖等研究領(lǐng)域取得一系列重要突破。
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　　超級石墨烯玻璃
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　　我們知道，石墨烯非常薄，只有一到數(shù)個原子層厚度。因此在使用時需要放到某種載體上，例如塑料薄膜表面，在使用時自然也會受到載體的限制。我們找到了一種新的載體：玻璃。
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　　玻璃隨處可見，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣闊。其實(shí)我們是找了一條偷懶的路：讓石墨烯搭乘玻璃載體走向市場、走向世界。如果我們能夠在玻璃上生長石墨烯而不是簡單地涂覆石墨烯，那么就可以獲得全新的石墨烯玻璃，通過石墨烯來賦予玻璃新的功能。傳統(tǒng)玻璃產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，利用石墨烯或許可以使其升級換代，煥發(fā)青春。
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