刘忠范：石墨烯产业切勿重演大炼钢铁运动

  中国现在处于“石墨烯淘金热”中，全国各地都在做石墨烯产业，石墨烯这个词几乎是家喻户晓。据了解，中国科学院院士、北京大学化学与分子工程学院教授刘忠范在首届“求是西湖学会”化学分会上，就中国石墨烯产业的研究、发展趋势等方面分享了他的经验和看法。在演讲中，刘忠范分享了他所领导的团队在石墨烯方面取得的一些成果，同时，也给人们以警示，切勿让石墨烯产业重演早前大炼钢铁运动。本期文章依据刘忠范教授当天的演讲整理并略作编辑而成。

  石墨烯是一种二维蜂窝状纯碳材料。大家所熟知的石墨，一层一层地剥离开来，就是石墨烯。石墨烯号称新材料之王，集众多特性于一身。它是最薄、最轻的材料，同时也是最强、最坚硬的材料。虽然石墨很软，但是单层的石墨烯材料甚至比金刚石还硬。我们所熟知的金刚石导热性很好，热导率在2000W/m?K左右，而石墨烯的热导率达到5300W/m?K。石墨烯还兼具柔性、透明等特性，而且只有质子能够穿透。这些优良的特性赋予了石墨烯材料极为广阔的应用前景，也是吸引全世界眼球的根本原因。

  中国拥有全世界最为庞大的石墨烯研发队伍，从2011年起发表的学术论文数量就稳居世界第一。

  中国正在掀起一场轰轰烈烈的石墨烯产业化运动。我一直在更新这张石墨烯产业园分布图，目前全国有将近二十个石墨烯产业园，这一个数字几乎每天都在增长之中。无论是发达地区，还是偏远地区，都在建石墨烯产业园，这让我想起1958年时期的大炼钢铁运动。

  其实对于石墨烯材料来说，理想与现实差距很大。理想的石墨烯具有完美的蜂窝状结构，而现实的石墨烯就像一件破衣服，由无数个石墨烯微片拼接而成。石墨烯上有很多缺陷，还有很多脏东西。因此，现实制备出来的石墨烯材料性能没那么好，价值也没那么高。套用一句网络语言，就是“理想很丰满，现实很骨感”。

  我一直认为，我们大家可以看不懂未来，但是能回顾历史，温故而知新。大家所熟悉的碳纤维研发历史很有借鉴意义。1961年，大阪工业技术试验所进藤昭男发明聚丙烯腈基碳纤维制备技术，十年后的1971年日本东丽公司率先实现工业化量产，每月一吨的规模。东丽公司沿着T300、T800、T1000的标号之路不断的提高碳纤维的质量，投入了1400多亿日元研发资金。直到2003年赢得波音787合同，才真正扭亏为盈。实际上，早年的碳纤维只能做钓鱼杆，而现在的碳纤维已成为先进航空器的支撑材料。同样叫碳纤维，但是东西不一样，强度完全不一样。我相信石墨烯材料也会走同样的路，需要一些时间的积淀，需要持续的投入，更需要耐心。

  石墨烯可以分成两大类，粉体石墨烯和薄膜石墨烯，制备方法不同，用途也完全不同。前者可以称之为男石墨烯，傻大黑粗；后者则是高品位的女石墨烯。当然这是玩笑，不能当真。我的团队更多关注的是女石墨烯的制备方法。

  从大规模生产的角度讲，粉体石墨烯通常从石墨出发制备，通过一系列的物理化学过程把石墨烯从块体石墨上剥离下来。一般这种石墨烯质量较差，但产量很大，也比较便宜。目前国内产能已达到七千吨规模，实际产量也就百吨规模。化学气相沉积方法是规模化制备薄膜石墨烯的通用技术，所得到的石墨烯质量很高，当然也比较贵，目前国内产能已达到年产百万平米量级。北京大学在高质量石墨烯制备方面做了大量的研究探索，在标号石墨烯薄膜、三维粉体石墨烯、超级石墨烯玻璃以及超级石墨烯光纤等研究领域取得一系列重要突破。

  我们知道，石墨烯非常薄，只有一到数个原子层厚度。因此在使用时需要放到某种载体上，例如塑料薄膜表面，在使用时自然也会受到载体的限制。我们找到了一种新的载体：玻璃。

  玻璃随处可见，应用领域极为广阔。其实我们是找了一条偷懒的路：让石墨烯搭乘玻璃载体走向市场、走向世界。如果我们也可以在玻璃上生长石墨烯而不是简单地涂覆石墨烯，那么就能够得到全新的石墨烯玻璃，通过石墨烯来赋予玻璃新的功能。传统玻璃产业的产能严重超过标准，利用石墨烯或许可以使其升级换代，焕发青春。

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