石墨烯的發(fā)現(xiàn)者之一、2010年諾貝爾物理學獎獲得者安德烈·海姆這樣描述石墨烯:可被無限拉伸,彎曲到很大角度不斷裂,可抵抗很大壓力,同時有非同尋常的導熱性和導電性。由此,石墨烯被公認為“徹底改變21世紀的新材料”,世界各國的科研人員竭盡所能嘗試將其應用于微電子、能源材料、生物醫(yī)藥、航空航天和環(huán)保等領域。石墨烯正在全球掀起一波又一波顛覆性深層震蕩。
震蕩一:撼動傳統(tǒng)行業(yè)標準
石墨烯的一個神奇之處是,雖然理論厚度約0.3納米,卻可以達到“零滲透”,幾乎可以隔絕水、氧氣、鈉離子。再加上石墨烯本身具有憎水憎油性,其片層結構具有“迷宮”效應,可阻礙水、腐蝕性離子等向金屬基材滲透,進而起到長效防腐作用。
2015年1月3日,涂有石墨烯防腐涂料的第一臺海上風電塔筒在中國如東海域下海,成為世界海洋重防腐領域的里程碑。底漆重防腐試驗時間突破2500小時,超過美國標準約3倍??梢哉f,撼動了傳統(tǒng)防腐涂料的標準,以往重防腐體系中的關鍵指標須含鋅粉70%-80%,而在石墨烯重防腐涂料中,可以用20%的鋅(甚至是零)1%石墨烯代替。從實際效果來看,添加約5%的石墨烯粉,可減少使用鋅粉50%,省料又環(huán)保。后續(xù)的石墨烯重防涂料系列產(chǎn)品將延伸到海洋平臺、海洋船舶、油田井下管柱和輸油管線及容器等領域,形成數(shù)十億元的產(chǎn)業(yè)鏈。
不僅如此,石墨烯還在數(shù)字電路中展露鋒芒。2014年,IBM測試世界上第一個多頻石墨烯射頻接收器和石墨烯整合電路,性能比上一代提升近萬倍。今年12月,石墨烯旗艦計劃的意大利合作伙伴CNR-ISOF研究表明,可以使用石墨烯生產(chǎn)完全柔性的近距離無線通訊技術(NFC)天線。
由此可見,石墨烯在撼動著一個個傳統(tǒng)行業(yè)的標準,打開嶄新而充滿希望的應用領域。下一個會是誰?或許是散熱材料、鋰電池、超級電容……
震蕩二:促制造業(yè)轉型升級
20世紀90年代,發(fā)達國家紛紛以信息化帶動制造業(yè)升級,以提高產(chǎn)業(yè)國際競爭力。隨著被注入傳統(tǒng)材料,以及制備工藝發(fā)展,石墨烯也為發(fā)展中國家制造業(yè)帶來轉型升級的機遇。
單層石墨烯具有獨特的電子結構和電學、熱學、力學性能,有望成為未來精密信息器件的理想材料。而在單層氧化石墨烯上直寫、裁剪或制備出各種納米圖形和功能器件,被認為是石墨烯研究領域最具挑戰(zhàn)性的課題之一。
因為這需要采用特殊的操控臺,并具有精準工藝,即便實驗室可以做到,要實現(xiàn)大規(guī)模制備,則需要批量納米級精密設備,如用現(xiàn)有制造業(yè)基準下制備的操作儀器,就如同戴著拳擊手套去拿小螺釘,會十分吃力且低效。這就需要大大升級制造業(yè)的精密等級。
石墨烯在復合材料領域可謂大顯身手,需求量巨大。將石墨烯應用于復材可以提高材料的導電率和強度,同時具有靈活性。將石墨烯復材用于各種工程材料之中,可促進整體制造業(yè)的轉型。
北美地區(qū)已促使許多石墨烯制造商和大學、研究機構合作,以擴大和滿足石墨烯復材的需求,力求用石墨烯的發(fā)展帶動美國制造業(yè),使之成為當?shù)亟?jīng)濟增長的主要推動力。
有中國專家表示,石墨烯產(chǎn)品乃至整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,符合中國當前工業(yè)發(fā)展的新趨勢和供給側結構性改革戰(zhàn)略。石墨烯產(chǎn)品實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn),一定能推動中國制造業(yè)轉型升級,由國際產(chǎn)業(yè)分工鏈條中的中低端邁向中高端。
震蕩三:提升政策融合機制
目前,世界很多國家已將石墨烯定為一種戰(zhàn)略性新興材料,都想在石墨烯發(fā)展潮流中躋身前列,而從國家政策上助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展將起到重要作用,這取決于政策機制的融通,以及靈活接納新事物、新理念、新技術的更替能力。
從國際經(jīng)驗來看,加速提升政策融合機制主要應在以下幾方面發(fā)力:首先,頂層設計國家級產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,盡早確定石墨烯產(chǎn)業(yè)技術路線和產(chǎn)業(yè)化路線,明確產(chǎn)業(yè)發(fā)展的階段目標、重點任務、重大工程、資金來源及政策措施等。
其次,打造健全的上中下游鏈條,促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展。石墨烯產(chǎn)業(yè)最大瓶頸在于沒有形成完整成熟的產(chǎn)業(yè)鏈,研發(fā)制備企業(yè)和下游應用企業(yè)脫節(jié),市場需求尚未全面打開。因此,在機制上要確定合理的組織框架,推動材料、設備、工藝和應用并行發(fā)展,協(xié)調整個鏈條發(fā)展。
第三,統(tǒng)籌國家層面的資金用在“刀刃”(重點項目)上,而不是撒胡椒面,什么都投,正如歐盟石墨烯旗艦計劃,先后將上千億??钔兜綄щ娪湍⒈∧ぜ夹g、壓力傳感器等最具潛力的技術研發(fā)上。
有“石墨烯之父”之稱的安德烈·海姆近期指出,在學術研究和產(chǎn)業(yè)化之間有很大的空缺,政府可在其中“造橋”,空隙過大時,橋就要足夠長。政府投入資金建起中間的立柱支撐起一座橋,橋的一端是學術研究,彼岸則是真正的石墨烯產(chǎn)業(yè)化。