石墨烯产业化应用梦想照进现实

    近日，证券时报记者来到中国石墨烯研究和应用领先的江苏省，实地探访了江南石墨烯研究院及石墨烯产业链条上的相关企业。记者亲眼见到了批量化生产的石墨烯粉体，零距离接触石墨烯材料的透明导电薄膜和石墨烯触摸屏手机，以及添加了石墨烯材料的防腐涂料、塑料等一系列的新型材料

手机触摸屏

　　打响石墨烯应用第一枪

　　去年年底，全球首款石墨烯材料显示屏的手机在江苏诞生。证券时报记者了解到，已有多家国际知名手机品牌厂商与二维碳素、格菲电子等石墨烯薄膜厂达成合作协议，2014年将有多款采用石墨烯ITO膜的触摸屏手机推向市场。

　　首款石墨烯材料显示屏的手机由无锡爱维特信息技术公司研制。该公司CEO张婷介绍，该手机与同类产品相比，具有低碳环保、材质纤硬、清晰通透及触控灵敏的特点。

　　更为重要的是，采用石墨烯材料生产的ITO薄膜，成本较之前下降一半。这对于竞争惨烈的触摸屏行业来说，意义非同一般，甚至可能决定生死命运。

　　张刃介绍：“2011年时，一块4.5英寸的石墨烯薄膜在国际市场上要卖到2万美元。而现在我们也可以生产了。我们现在基于ITO触摸屏技术，把石墨烯透明导电薄膜做成触控感应器，每片出厂价格只要3元，而市场上普通材料生产的触控感应器价格在7元左右。如果是双层多点的产品，价差就更大了。”

　　据统计，2012年触控传感器总体出货量达1200万平方米，2015年可能将达到3600万平方米。这在一定程度上也展现了石墨烯ITO薄膜的市场空间。

　　二维碳素是中国规模最大最成熟的石墨烯薄膜制造企业。二维碳素总裁金虎告诉证券时报记者：“手机触摸屏只是石墨烯薄膜应用的一个方向。我们的目标是要围绕着石墨烯薄膜做企业，为各个行业提供不同类型、不同用途的石墨烯薄膜。” 看起来石墨烯薄膜的生产工艺基本一样，但是用途不同，可能需要的薄膜也略有差别，比如制作手机触摸屏的石墨烯ITO膜，其实是两层或者是三层的石墨烯材料，生长方法和单层的也略有不同。

　　金虎称：“根据我们的研发进展和对市场的了解，石墨烯薄膜在2014年的亮点就是在触摸屏领域 ，2015年在柔性显示、可穿戴电子将有所突破；2016年国内国外的企业可能会在柔性太阳能电池方面有所突破，2017年可能将会大规模应用在科技领域。”

　　据了解，现在石墨烯薄膜材料已经在医疗等领域取得了突破，获得了较好的评价，正待向社会正式宣布。

    说到中国的石墨烯产业，不得不提常州第六元素材料科技股份有限公司。第六元素是中国首家实现批量化生产石墨烯粉体的企业。由于第六元素，石墨烯粉体价格得已下降。目前，该公司产能为50吨/年，受益市场需求规模扩大，公司计划把产能提高至100吨/年。

　　第六元素董事长瞿研博士告诉证券时报记者：“现在，第六元素的石墨烯粉体的价格每吨在100万~300万元不等，大约每克1~3元。”

　　在江苏武进西太湖国际智慧园，证券时报记者参观了常州第六元素的生产车间与实验室，近距离接触到了石墨烯粉体。作为科技含量很高的材料，石墨烯粉体的生产过程中，研发、技术和设备都很重要，生产中的人力成本非常小。年产能50吨石墨烯粉体的设备，生产过程中只需要几个工人而已。

　　所谓的“石墨烯粉体”，实际上就是单层石墨烯和多层石墨烯的混合物。

　　据介绍，目前公众对石墨烯的理解有些混乱。一些企业或者是媒体报道中虽然号称“石墨烯”，但是事实上可能仅是石墨而已。

　　事实上，现在全世界对石墨烯也没有一个明确的定义。资料显示，最初的石墨烯仅指一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维材料。2010年诺贝尔物理学表彰的石墨烯研究指的就是这种材料。

　　后续研究表明，从电学性质上讲，两层与三层、乃至十层的碳原子也具有各自特殊物理性质，目前10层以内的说法逐渐被学术界认可。最近成立的中国石墨烯联盟标准化委员会认定，10层以内的碳原子材料才属于石墨烯范围。

　　对石墨烯层数的统一认识，并没有完全解决对石墨烯粉体的定义。江南石墨烯研究院副院长董国材提出：“含量20%的10层以下的石墨烯算不算石墨烯粉体？这也值得探讨。”

　　业内专家介绍，现在某些公司号称已经可以生产的“石墨烯”粉体，而样品检测发现为100层碳原子以上。这些粉体材料只是比传统的石墨粉体在层数上少一些，或者说是层数更小看起来更细的石墨粉。但是对这类粉体深入的研发也随着石墨烯浪潮兴起。对于这种粉体材料目前比较常用的名字是“石墨纳米微片”或者是“处于蓬松状态的石墨粉”。

　　此外，石墨烯本质上就是碳原子的一种形态，以第六元素为代表的石墨烯制备企业采用“氧化还原法”制备石墨烯，石墨成为最重要的原材料。但是，石墨作为一种非常重要的非金属矿产资源，全世界资源储量约15亿吨，其中我国储量约10亿吨。而目前石墨烯的计量单位还停留在克、千克、吨这个级别。因此，石墨资源与石墨烯的关联度，其实并不高。

　　而石墨烯透明薄膜是利用甲烷或者其它气体在铜箔上生长石墨烯，也就是所谓的气相沉积法，这种方法生产石墨烯更是与石墨资源毫无关系。

　　位于无锡的格菲电子总经理张刃说：“1克石墨烯薄膜，大约相当于2630平方米。对于年产值千万的企业，原料成本仅需几十块钱。”在生产车间，张刃指着一罐气体说：“这么一罐气，试想一下在这里炒菜也用不了几天，但我们公司用来制造石墨烯薄膜两年都用不完。”

　　在无锡，证券时报记者参观了石墨烯薄膜生产的全过程。这对石墨烯同行来说，肯定是属于商业机密了。证券时报记者看到，石墨烯薄膜的生产，其实就是把气体通过一系列处理，特别是高温处理，使其生长的铜箔上，大约要两个小时才能长满。石墨烯本身是透明的，对于铜箔来说，上面有没有附着石墨烯，在颜色上仅稍微有一点点差别，一般人很难看出来。

　　业内人士告诉记者，通过这种方法制作的石墨烯薄膜的尺寸，基本取决于铜箔的大小，石墨烯薄膜的尺寸和技术水平关联度不大。在商业化环境中，探讨石墨烯薄膜的尺寸意义不大，综合的经济成本才是关键性因素。在综合经济成本当中，原材料虽然可以忽略，但是把生产石墨烯以及石墨烯从铜箔上取下来总体来说还是一个复杂的过程，每一道工序都在无尘的环境中完成。

　　记者参观时也需要穿上特殊的服装和手套，全身上下仅有眼睛暴露在外面。此外，石墨烯薄膜生产过程中，检测检验也是非常重要的程序。

　　总体来看， 目前批量生产石墨烯的方式主要是两种：一种是利用化学气相沉积在金属表面生长出单层率很高，面积很大的石墨烯薄膜材料；一种是将天然石墨通过物理或者化学的方法粉碎，形成石墨烯粉体看起来就是很细的黑色粉末。

　　也因此，石墨烯的制备分为两种：石墨烯薄膜和石墨烯粉体。国内，现在前者以常州二维碳素科技有限公司、格菲电子为代表，后者以第六元素、宁波墨西为代表。