新方法讓石墨烯與硅基技術(shù)“聯(lián)姻”

石墨烯是從石墨材料中剝離出來(lái)、由碳原子組成的二維晶體，只有一層碳原子的厚度，是迄今最薄也最堅(jiān)硬的材料，其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能超強(qiáng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)硅和其他傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料?？茖W(xué)家們認(rèn)為，石墨烯有望徹底變革材料科學(xué)領(lǐng)域，未來(lái)或能取代硅成為電子元件材料，廣泛應(yīng)用于超級(jí)計(jì)算機(jī)、柔性觸摸屏、環(huán)保和醫(yī)療設(shè)備、光子傳感器以及有機(jī)太陽(yáng)能電池等諸多領(lǐng)域。

但石墨烯征服硅谷之路面臨的主要障礙是成功地將石墨烯整合到成熟的金屬—硅化物技術(shù)內(nèi)?，F(xiàn)在，來(lái)自維也納大學(xué)、德國(guó)和俄羅斯的研究人員成功地構(gòu)建出一種新奇且高質(zhì)量的處于一層石墨烯保護(hù)和覆蓋下的金屬硅化物結(jié)構(gòu)。

為了揭示這一新結(jié)構(gòu)的基本屬性，科學(xué)家們采用了基于愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng)而研制的角分辨光電子能譜儀(ARPES)。當(dāng)一個(gè)光粒子同一種材料相互作用時(shí)，它能將所有能量傳遞給材料內(nèi)的一個(gè)電子。如果光粒子的能量足夠大，電子獲取的能量就足以讓它從物質(zhì)中逃逸。ARPES使科學(xué)家們能通過(guò)確定電子逃離物質(zhì)的角度，提取這種材料的電子屬性等相關(guān)信息。

該研究的合作者、奧地利維也納大學(xué)材料學(xué)研究所電子屬性研究中心的亞歷山大·格魯雷斯和尼克雷·沃比提斯基表示：“單原子厚度的石墨烯層以及由其制成的混合材料使我們能借用ARPES研究很多新奇的電子現(xiàn)象。”

借用ARPES，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這種石墨烯覆蓋的硅化物不會(huì)被氧化，所以，其可以用于很多電子材料和設(shè)備中。最重要的是，石墨烯層幾乎不同其覆蓋的硅化物發(fā)生反應(yīng)，這就讓其屬性得以保存完好。這種石墨烯-硅化物有望廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、自旋電子、光伏以及熱電設(shè)備中。(中國(guó)行業(yè)研究網(wǎng))

石墨烯產(chǎn)業(yè)有望形成萬(wàn)億產(chǎn)值

石墨烯，2004年首次從石墨中分離得出，是目前世界上已知的最薄的材料，幾乎完全透明，具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能。

為推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)化，中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟日前在京成立。該聯(lián)盟由清華大學(xué)、中科院金屬研究所、北京現(xiàn)代華清材料科技發(fā)展中心等核心單位發(fā)起，聯(lián)合國(guó)內(nèi)從事石墨烯研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化的22家法人機(jī)構(gòu)。聯(lián)盟成員包括6所高校、4家中科院研究所、17家企業(yè)，基本囊括了國(guó)內(nèi)石墨烯研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的主流單位。

或撬動(dòng)萬(wàn)億市場(chǎng)

作為一種新型的納米材料，石墨烯以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、力學(xué)和電子性質(zhì)，在藥物投遞、腫瘤治療等生物納米技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。它是目前人類已知強(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。

分析認(rèn)為，首先，石墨烯如果取代硅，有望讓計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度快數(shù)百倍。其次，石墨烯有望引發(fā)觸摸屏和顯示器產(chǎn)品的革命，制造出可折疊、伸縮的顯示器件。再其次，石墨烯可以推動(dòng)超級(jí)電容器發(fā)展，使得同等體積的電容擴(kuò)充5倍以上的容量。此外，石墨烯加入鋰電池電極中能夠大幅提高導(dǎo)電性能。石墨烯因其超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度，也有望被用于制造紙片般薄的超輕型飛機(jī)材料、超堅(jiān)韌的防彈衣和“太空電梯”的纜線，在這些領(lǐng)域?qū)⒁l(fā)革命性的突破。

作為一種技術(shù)含量極高的碳材料，石墨烯在半導(dǎo)體、光伏、鋰電池、航天、軍工、LED、觸控屏等領(lǐng)域都將帶來(lái)一次材料革命。由于售價(jià)高昂，石墨烯目前尚未產(chǎn)業(yè)化。有分析認(rèn)為，作為一種理想的替代型材料，石墨烯一旦實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化其產(chǎn)值至少在萬(wàn)億以上。

中國(guó)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)明顯

中國(guó)具有發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)得天獨(dú)厚的條件。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)石墨礦儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的75%，生產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的72%，是我國(guó)少有的幾種具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的礦產(chǎn)之一。

論壇上，各科研單位專家和企業(yè)代表認(rèn)為，石墨烯在我國(guó)的應(yīng)用前景十分廣闊，現(xiàn)在行業(yè)正處于從技術(shù)向商業(yè)演變的關(guān)鍵時(shí)期。但從實(shí)際情況來(lái)看，成本和工藝問(wèn)題的存在使得石墨烯短期內(nèi)無(wú)法形成真正的商業(yè)規(guī)模，在應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，鋰電池和環(huán)保涂層材料有望是國(guó)內(nèi)石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域未來(lái)的一大突破口。

石墨烯的制成需要有尖端的制備工藝，目前業(yè)內(nèi)主要有四種制備方法，分別是機(jī)械剝離法、外延生長(zhǎng)法、氧化石墨還原法和氣相沉積法(CVD)。前三種的原材料均為石墨，CVD法原材料則為甲烷居多。由于制造成本相對(duì)較低，目前業(yè)內(nèi)多采用機(jī)械剝離法和氧化石墨還原法制造石墨烯。

中科院寧波材料所石墨烯研究團(tuán)隊(duì)研究員周旭峰表示，目前國(guó)內(nèi)對(duì)石墨烯的應(yīng)用前景頗為看好，多個(gè)領(lǐng)域都準(zhǔn)備躍躍欲試。但從實(shí)際情況來(lái)看，制造工藝不穩(wěn)定和成本居高不下，仍是石墨烯走向產(chǎn)業(yè)化最需要解決的問(wèn)題，從制造工藝來(lái)看，目前業(yè)內(nèi)的四種方法均有各自的優(yōu)勢(shì)和缺陷，產(chǎn)業(yè)技術(shù)路徑仍在探討之中。周旭峰認(rèn)為，由于產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)較短，環(huán)保和儲(chǔ)能領(lǐng)域有望成為率先實(shí)現(xiàn)石墨烯商用。

在相關(guān)政策扶持方面，工信部原材料司副司長(zhǎng)高云虎表示，在編制新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃的時(shí)候，石墨烯還沒(méi)有目前這樣熱門，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景也并不明朗，因此在規(guī)劃文本、產(chǎn)品目錄中沒(méi)有把石墨烯作為主要重點(diǎn)，但隨著技術(shù)和應(yīng)用的突破，下一步會(huì)統(tǒng)籌研究并予以考慮。

產(chǎn)業(yè)化難題待破

業(yè)內(nèi)專家指出，石墨烯目前整體主要還處在研發(fā)階段，制備石墨烯的技術(shù)工藝還不太成熟，而且成品面積相對(duì)較小，不能適應(yīng)工業(yè)化應(yīng)用。各國(guó)對(duì)于這個(gè)新興材料還處于一個(gè)專利布局期，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈也還沒(méi)有形成。我國(guó)在石墨烯基礎(chǔ)研究方面已經(jīng)十分突出。

有關(guān)研究顯示，截至2012年底，我國(guó)發(fā)表的石墨烯論文數(shù)量已經(jīng)超過(guò)美國(guó)，名列世界首位，而且部分團(tuán)隊(duì)的研究成果受到了世界各國(guó)的高度重視，被引用達(dá)數(shù)千次之多。飛速發(fā)展的還有我國(guó)的石墨烯專利數(shù)量，無(wú)論從專利受理數(shù)量，還是優(yōu)先權(quán)專利數(shù)量來(lái)看，我國(guó)都是僅次于美國(guó)的世界第二大國(guó)。這意味著，一方面我國(guó)企業(yè)高度重視石墨烯技術(shù)開(kāi)發(fā)并積極申請(qǐng)專利保護(hù)，另一方面也表明世界其他國(guó)家對(duì)我國(guó)石墨烯市場(chǎng)相當(dāng)關(guān)注。

然而，在石墨烯產(chǎn)業(yè)化道路上存在諸多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，一方面尚未具備規(guī)?；a(chǎn)能力，產(chǎn)品成本高;另一方面石墨烯還未真正形成下游的應(yīng)用和需求。因此現(xiàn)在既要盡可能降低成本實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，又要盡快在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)突破。目前進(jìn)行石墨烯研究的主要是高校院所等研究單位和少數(shù)中小企業(yè)，研究力量比較分散，要盡快實(shí)現(xiàn)石墨烯產(chǎn)業(yè)化，必須通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)學(xué)研協(xié)作，建立一條完整的涵蓋石墨烯研發(fā)、規(guī)模化身材干旱、下游應(yīng)用等全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的技術(shù)路線和公共科技服務(wù)平臺(tái)和測(cè)試平臺(tái)，通過(guò)全行業(yè)的共同努力，共同突破關(guān)鍵的技術(shù)難題以及在應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，并不斷提高技術(shù)水平和管理水平。

石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的組建宗旨是為了整合協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)資源;以推進(jìn)低成本石墨烯及裝備的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)，建立上下游、產(chǎn)學(xué)研信息、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等資源共享機(jī)制;建立與政府溝通的渠道及人才培養(yǎng)、國(guó)際合作的平臺(tái);推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)、質(zhì)量檢測(cè)體系的建立，促進(jìn)成員單位的自身發(fā)展，提升低成本石墨烯的整體競(jìng)爭(zhēng)力，從而達(dá)到推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目的。

石墨烯作為ITO導(dǎo)電膜的替代性材料曾被觸摸屏行業(yè)高度關(guān)注。石墨烯技術(shù)可以使得顯示屏具有柔性，但由于手機(jī)等智能終端的產(chǎn)業(yè)鏈太長(zhǎng)，產(chǎn)品的成形需要電路板、機(jī)身材料等整個(gè)供應(yīng)鏈的配合。理論上講這些東西在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，但要商用還需要一定的時(shí)間，不僅因?yàn)槌杀倦x譜，良率問(wèn)題也很不樂(lè)觀。業(yè)內(nèi)人士表示，三星電子前期在這方面投入了大量的研發(fā)資源，原計(jì)劃在今年要推出一款類似的概念。(中國(guó)行業(yè)研究網(wǎng))

石墨烯離產(chǎn)業(yè)化還有多遠(yuǎn)?

“一年之前，我不敢說(shuō)我的單層石墨烯已經(jīng)規(guī)模化生產(chǎn)，但現(xiàn)在敢說(shuō)了。”上海交通大學(xué)郭守武教授在臺(tái)下對(duì)記者如是說(shuō)。

就在之前半小時(shí)，郭教授團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)成果在臺(tái)上展示PPT時(shí)，受到了臺(tái)下企業(yè)界的追問(wèn)，“我要5公斤，你能給我嗎?”“簽了合同，幾天就能給你。”“價(jià)格多少?”“我成本是0.5元/克，但這是郭老師幾年心血，他肯定不會(huì)以這個(gè)價(jià)賣給你。”

在國(guó)際上，單層石墨烯售價(jià)是2000元/克。

同樣是石墨烯制備者，中科院寧波材料所劉兆平受到同行的追問(wèn)，“你9塊錢太貴了，你能做到1元/克嗎?”“當(dāng)然可以。”“一兩毛錢呢?”“這是商業(yè)秘密。”

劉兆平團(tuán)隊(duì)多層石墨烯(比單層制備更容易，成本更低)技術(shù)已經(jīng)賣給了華南家族控股股東南江集團(tuán)的兄弟單位。據(jù)悉，該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目預(yù)計(jì)于11月投產(chǎn)，是全球首條30噸石墨烯生產(chǎn)線。

當(dāng)記者問(wèn)及該項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化前景，劉兆平稱“關(guān)鍵看下游。”

中科院金屬所與金路集團(tuán)(000510)簽訂了技術(shù)合作協(xié)議。該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人任文才告訴記者，去年該項(xiàng)目已經(jīng)完成了中試，隨時(shí)可以工業(yè)化，“關(guān)鍵看下游市場(chǎng)。”

石墨烯下游應(yīng)用廣泛，如鋰電池、涂料、LED等。下游應(yīng)用市場(chǎng)若沒(méi)有成熟，制備就難以量產(chǎn)。一家深圳公司2010年就開(kāi)始賣石墨烯，但苦于應(yīng)用市場(chǎng)沒(méi)有起來(lái)，銷量一直做不起來(lái)。

不過(guò)，石墨烯下游應(yīng)用在部分領(lǐng)域可能率先突破。南京科孚納米技術(shù)有限公司蕭小月總經(jīng)理透露，一位做散熱復(fù)合材料的海外客戶已經(jīng)提出計(jì)劃，希望逐月實(shí)現(xiàn)每月四噸的供貨需求。

劉兆平認(rèn)為，鋰電池、LED將有望成為國(guó)內(nèi)最先利用石墨烯的下游行業(yè)。

不過(guò)，北京一企業(yè)試用了多家科研單位試驗(yàn)室石墨烯產(chǎn)品，他認(rèn)為，上游石墨烯品質(zhì)并不穩(wěn)定。

石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈雖然沒(méi)有成熟，但投資熱潮已經(jīng)顯現(xiàn)，劉兆平作為較早掌握該技術(shù)的科研人員對(duì)此感觸很深，他用“太狂熱了”來(lái)形容。

金路集團(tuán)(000510)：公司與中科院金屬研究所聯(lián)合開(kāi)發(fā)電池級(jí)石墨烯技術(shù)已于2012年11月11日對(duì)共同完成的“石墨烯材料的規(guī)模化制備技術(shù)”通過(guò)了成果鑒定。公司截止2012年12月31日，共計(jì)投入資金600余萬(wàn)元，獲得財(cái)政補(bǔ)助1300余萬(wàn)元。另外，公司在研石墨烯透明導(dǎo)電薄膜、石墨烯基三位網(wǎng)絡(luò)散熱材料、石墨烯基動(dòng)力電池項(xiàng)目。

樂(lè)通股份(002319)：2013年1月，公司與寧波墨西簽署了《石墨烯油墨項(xiàng)目合作協(xié)議》，商定組建合資公司從事石墨烯油墨的研發(fā)和生產(chǎn)，計(jì)劃總投資1億元人民幣，合資公司的注冊(cè)資金為3000萬(wàn)元人民幣，公司以現(xiàn)金出資人民幣2400萬(wàn)元(占80%股權(quán));乙方以石墨烯油墨的相關(guān)技術(shù)作價(jià)出資600萬(wàn)元(占20%股權(quán))。寧波墨西承諾將以最優(yōu)惠的價(jià)格向合資公司穩(wěn)定提供石墨烯原料，雙方將利用自身的營(yíng)銷網(wǎng)絡(luò)幫助合資公司推廣石墨烯油墨產(chǎn)品。

方大炭素(600516)：公司將建成全球最大的特種石墨生產(chǎn)基地，針狀焦及超高功率石墨電極的綜合產(chǎn)能也將位居全球炭素企業(yè)首位。2013年5月，公司收到了國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局對(duì)“以石灰石為原料制備石墨烯的方法”授予的發(fā)明專利權(quán)通知書(shū)。

華麗家族(600503)：2012年7月，公司披露控股股東南江集團(tuán)及皙哲投資、中科院寧波材料所、劉兆平研發(fā)團(tuán)隊(duì)于2012年4月組建寧波墨西科技有限公司，該公司投建的世界上第一條量產(chǎn)石墨烯生產(chǎn)線預(yù)計(jì)將于2013年建成投產(chǎn)。石墨烯屬于高科技新材料，石墨烯產(chǎn)品的成熟并走向產(chǎn)業(yè)化還需后續(xù)大量的研發(fā)和投入。而南江集團(tuán)暫無(wú)將石墨烯項(xiàng)目轉(zhuǎn)讓或指定給上市公司的計(jì)劃。

中國(guó)寶安(000009)：預(yù)計(jì)公司2013、2014的每股收益分別0.18元、0.22元、對(duì)應(yīng)當(dāng)前股價(jià)的市盈率分別為55、45倍，但未來(lái)看好公司在鋰電池材料的布局特別是上游礦產(chǎn)的開(kāi)拓以及新能源汽車的推廣，維持公司“買入”評(píng)級(jí)，維持公司股價(jià)的2013年12塊，2014年14塊的目標(biāo)。

風(fēng)險(xiǎn)提示：原材料價(jià)格波動(dòng)成本上漲風(fēng)險(xiǎn)，鋰電行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩風(fēng)險(xiǎn)，鋰電項(xiàng)目進(jìn)展不及預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)，新能源汽車推廣速度低于預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)，人民幣匯率走高風(fēng)險(xiǎn)。