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刘忠范:石墨烯产业切勿重演大炼钢铁运动(5)


那么能不能设计一个非平面的具有微结构的石墨烯微片呢?答案是肯定的,我们已经实现了这样的目标。这种三维石墨烯粉体显著降低片层之间的相互作用力,从而获得非常好的溶液分散性和溶液加工能力。

我们用硅藻土作为化学气相沉积的模板,直接生长石墨烯粉体。硅藻土是由硅藻细胞壳构成的,有几十微米大小,上面有很多从几十纳米到几百纳米不等的微孔。我们在硅藻土上生长出来的石墨烯微盘能够完美地复制这些微结构,从而形成三维粉体石墨烯。这种粉体石墨烯的溶液分散性非常好,这和我们的预期完全一致。我们也尝试用这种三维粉体石墨烯做电子墨水,导电性比常规粉体石墨烯提高一个数量级。

这样的思路是否可以扩展到其它体系呢?我们想到了食盐。白色的食盐(上图)长出石墨烯后,往水里一搅和就可以分散开,然后可以把食盐扔掉。我想强调的是,长出来的石墨烯是一个一个的小立方体,因此分散性也非常好。实验表明,这种粉体石墨烯吸附性非常强,可以用于净化污水。

还有,利用墨鱼骨生长石墨烯(上图)。墨鱼骨是生物碳酸钙,把它处理以后在上面长石墨烯,之后用盐酸一洗就可以了。

再就是海贝壳(上图),利用同样的反应控制好了以后不仅可以长出粉体石墨烯,还可以制备海绵状泡沫石墨烯,非常轻,而且很柔韧。因为不同结构的模板上长的不一样,所以结构是可调的。最大的优点是分散性和吸附性特别好,几十秒就可以完全吸附掉油污,吸附能力是自身重量的二百五十倍以上。

石墨烯产业

我们再来看看未来的石墨烯产业前景。我从不怀疑石墨烯产业,未来的石墨烯产业会是一块大大的蛋糕。当然,这块蛋糕我们能够切到多少是个未知数。取决于我们现在关注什么,我们需要关注的是引领未来的核心技术,而不仅仅是今天的产品。当然,从一个实验室材料和技术走到产业需要很长的路,需要投入、坚持和耐心。


中国拥有最庞大的石墨烯研究队伍,但是非常分散,基本上是小作坊式的。我也不甚赞同到处搞石墨烯产业园的做法,大部分都是简单重复,缺少技术含量,急功近利现象非常严重。

很多人误认为石墨烯产业会很快走向大规模快速发展阶段,实际上并非如此。根据高德纳公司(Gartner)的技术成熟度曲线,实际上石墨烯产业仍处于早期阶段,很快就会进入死亡谷,这时候最需要的是坚持、企业远见和国家意志。碳纤维从小批量生产到现在已有45年,而石墨烯只有12年的历史,的的确确跑得有点快了。石墨烯产业毕竟是实体产业,绝不会像互联网那样一忽悠就起来了。

当然,我们也看到了希望。北京市刚刚启动了石墨烯专项,跨度是十年,从“十三五”到“十四五”规划。我们的布局绝不仅仅是今天的产品,重点是未来的核心技术研发。

北京市的另一个重要举措是成立北京石墨烯研究院,希望该研究院能够引领石墨烯产业的未来。这个研究院生产的是技术以及技术派生出来的企业群,还有最终的石墨烯产业,而不是今天的产品。

石墨烯行业究竟前途无量还是昙花一现?首先,制备决定未来,尤其重要的是要有工匠精神。无论是什么新材料,如果我们能够做到几十年如一日地坚持研发,以中国人的聪明才智肯定能够做好。但是我们目前的做法常常不是这样,急功近利,短平快地赚钱而已。另外,石墨烯材料需要找到杀手锏级的用途,而不是万金油式的应用。我期待超级石墨烯玻璃能够成为其中的杀手锏级应用。

很多人问石墨烯究竟能走多远,我给出了三种可能的前途:

第一种前途类似于碳纤维。我相信只要石墨烯原材料制造水平不断提升,至少会像碳纤维那样,成为某个特定行业的杀手锏级材料。

第二种前途类似于塑料。一百多年前人们发明了塑料,现在你离不开它,我们难以想象没有塑料的生活是什么样子。石墨烯有没有这样的可能呢?的确有可能,因为用途非常广泛。

第三种前途类似于硅芯片。可以说现在是硅时代,因为硅改变了人类的精神生活。石墨烯或许也有这个可能。

回顾人类文明的发展历史,从石器时代、青铜器时代到钢铁时代,现在可以说进入了硅时代。未来说不定会有“石墨烯时代”,让我们一起期待并参与推进这个新时代的到来!

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