石墨烯的量产困境

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。

“受任何新材料产业实践的基本规律限制，石墨烯的工业化生产手段已经找到，还在进行工业化生产的前期准备，并未实现真正意义上产业化、工业规模化生产。”提起眼下的石墨烯产业。

正在北京举行的为期4天的2014中国化学年会上，石墨烯成为参会专家们关注的话题之一。

即便已经走在石墨烯产业的前沿，但在上述高层的观点里，目前石墨烯广阔的需求空间和真正的石墨烯工业化生产困难无法批量供应的市场空白形成了鲜明对比。“实验室制备已经成熟，规模生产还处于工业生产的摸索阶段。”

资本市场可能并不这么认为。

近半年以来，石墨烯已经成为中国资本市场上的新宠儿。先是追捧乐通股份石墨烯在油墨领域的应用，再是金路集团的透明导电薄膜，然后是中国宝安、西藏城投的超级电容器，还有中超电缆的特种电缆，一场关于它的资本盛宴已经开启。

但时至今日，部分投资者并未真正弄清石墨烯微片与纳米石墨、CVD石墨烯薄膜、膨胀石墨的真正关系与区别，便已扎进股市不回头。

本报记者梳理发现，石墨烯是一种由单层碳原子形成的二维晶体，而标榜规模化生产的多为纳米石墨微片、石墨烯微片与纳米石墨的混合物和氧化石墨、膨胀石墨等等，与石墨烯微片的性能存在天壤之别。

其中，石墨烯也称石墨的单原子层薄片，厚度只有0.35个纳米。由于本身极强的导电性、高韧性、较高导热等性能，石墨烯被誉为一种“万能材料”，将在催化剂载体、导热、光伏、储能、航天等领域带来一次材料技术革命。

目前，在产业中应用的石墨烯材料主要分为两类，一类是石墨烯薄膜，另一类是石墨烯微片。根据前述高层的介绍，石墨烯在下游应用主要集中在三大块，即石墨烯改性超级电容器用活性炭、石墨烯改性锂电电极材料和石墨烯改性塑料。

不过，虽然石墨烯最早是从石墨中剥离出来，但产业化制备一个重要分支CVD法制备石墨烯薄膜主要是以甲烷等含碳气体为原料进行气相沉积，目前石墨烯薄膜生产与天然石墨几乎没有半点关系。

而石墨烯微片粉体虽然由石墨生产，但是对资源的耗费量很少。目前全球生产石墨烯所需的石墨也是有限的，如果未来石墨烯得到广泛应用，生产规模扩大100倍，一个普通年产10万吨的高纯石墨矿就足以满足全世界用量。“在石墨烯粉体的生产中，石墨所占成本不到10%。”有行业人士如是说。

在 2014中国化学年会会议间隙，一位不愿透露姓名的科研人员表示，在材料科学领域，从发布Science论文到产业化，再到老百姓直接受益，周期往往需要 30年以上，“石墨烯这种二维材料是否能在非绝对零度稳定存在曾引发理论界的激烈争论，直到2004年才被发现稳定存在，并测定了石墨烯的物理化学性质从而得了诺贝尔物理奖。现在过去仅仅10年，实验室制备已经成熟，规模生产还处于工业生产的摸索阶段。”

对于下游应用局面何时能真正打开，现场一位长期从事石墨烯领域研究的专家认为：“由于科研难度较小，石墨烯在超级电容器和透明柔性电极材料、锂离子电容器方面，会较其他应用领域走得相对较快。”

石墨烯值得关注的是，在各应用领域中。目前国内很多石墨烯超级电容器项目已经进入或者即将进入产业化实践阶段。而石墨烯具有良好的功率特性和循环寿命，远高于目前商业化的活性炭基超级电容器，应用前景极佳。