劉中凡院士：詳細論述石墨烯工業存在的問題及發展前景

劉中凡院士：詳細論述石墨烯工業存在的問題及發展前景

2016年中國國際石墨烯產業發展論壇暨中關村石墨烯產業聯盟成立大會在北京豐臺隆重舉行，聯盟主席、中國科學院院士劉忠芳作了題為《石墨烯產業科學發展之路》的專題報告。Y在創立大會上，闡述了劉對國內石墨烯工業現狀、存在問題及發展前景的看法。

你們都對石墨烯感興趣。你們大多數是專家。我認為石墨烯是一種碳材料。你應該清楚。我什么都不想說。在學術上，它也是一種碳材料。石墨烯是一種純碳，全碳材料，非常時尚。

過去十年里，每個人都對石墨烯的關注。石墨對每個人都很熟悉。它是一種多層碳材料。每一層都是石墨烯。當然，如果你想脫掉它，你可以這樣做。第一個是脫下來。事實上，它不能說是第一個。第一個是脫下來。它得到了別人的認可。這兩個人接受了。諾貝爾獎。

如你所知，石墨通常被稱為黑金。如果石墨可以稱為黑金，石墨烯應該稱為黑鉆。它比石墨更貴。石墨烯被稱為新材料之王，是最薄、最輕的材料，有一層或兩層結構，非常非常輕，也是最堅固、最堅硬的材料。你可能不知道石墨很軟，但經過一層后，它實際上比鉆石硬，據說是20。0倍于鋼。導電性非常好，非常好，有一個參數，電子在里面運行的速度可以是光速的1/300，非常好，是最好的導電材料。當我們談到早期的導熱材料時，我們談到了鉆石2000左右和銅400。我們沒有談論這個單位。石墨烯理論上可以達到5300，遠高于5300。此外，石墨烯還具有柔韌性、透明性和穩定性。

事實上，最近學術界有一個比較關注的問題，這層膜，只有通過質子、光離子，最小的這個東西，另一個是不透明的。所以原則上，它可以是最薄的質子交換膜。

所以你可以想象它在一個里面有這么多好的性質。當然，它是一種超級材料。具有廣闊的應用前景。我的說明在這里隨機列出，沒有更新。有各種可能性。觸摸屏，透明，導電，可像ITO，可作為觸摸屏，可作為柔性電子器件，光學相關，國內做得更多。有許多導電添加劑，如鋰離子電池。由于其優良的機械性能和重量輕，可作為防彈裝甲和防彈AR。鐵道部它在生物學和生物醫學領域有許多可能的用途。時間關系不詳細。

石墨烯在中國家喻戶曉。我經常被問到去哪里，回家的村民說石墨烯是一種物質。據說這東西很好等等。我會向他們解釋的。

事實上，上午的嘉賓還說，一般來說，中國有最大的石墨烯研發團隊，我們的論文數量，我還沒有更新，2011年以來發表的論文總數一直排在第一位，2016年是現在，這個差距會越來越大，這是事實。

我一直在努力更新的專利總數是這里的46%，占報告總數的68%。不管怎樣，超過一半的石墨烯專利是中國人申請的。但我同意你的看法。我們有許多專利，可能是假冒的，許多專利可能無法保護我們。我認為這真的值得我們注意。我們可以擁有很多專利。最后，你不能形成保護作用。至少我有近30項石墨烯專利，但我知道有很多事情不能保護我們。功能，因為學校鼓勵申請專利，許多教授都有這些專利，他可能真的無法與實際情況聯系起來，所以這應該引起我們的注意。我們不能簡單地說我們擁有最多的專利，而且未來的知識產權掌握在我們手中。我很擔心這件事，希望你注意這一點。

我經常更新這張地圖，我稱之為充滿活力的石墨烯工業園建設運動，我跑過20個地方，我不同意我們目前的做法，到處建設工業園，到處建設石墨烯工業園。我沒有在這里寫北京。我稍后再談為什么會這樣。工業園很重要，但這種做法讓我想起了我在網上找到的地圖。這是大躍進時期河北省徐水縣建成的土高爐。它讓我想起了58年大躍進時期的鋼鐵運動，老實說，我不是否定的，但我們應該警惕目前以體育方式進行石墨烯的做法，這將是個問題。

石墨烯是不是高爐，石墨烯是怎么制成的我經常喜歡開玩笑。我說石墨烯有兩種，一種是男性石墨烯，另一種是女性石墨烯。我覺得我的發明很好。至少很多人都記得你在制造男性石墨烯或女性石墨烯，但你不能認真對待它。你不能真正定義和分類它。把它定義為男性石墨烯和女性石墨烯是個笑話。男性石墨烯是粉末。你可以看到它可能類似于活性炭。它是粉末狀石墨烯。有很多方法可以做到這一點。在專利分析中，我們談了很多。還有一種薄膜石墨烯，在爐中通過化學氣相沉積燃燒。事實上，這兩種石墨烯有不同的方式，它們的性質非常不同，它們的用途也非常不同，完全不同。當我們談論石墨烯時，事實上，無論男女石墨烯都是非常重要的。

從批量制備的角度來看，石墨烯粉末一般比較簡單，設想從石墨體開始，將其剝離，由于層層通常較弱，尋找處理化學過程的方法，層層剝離，相對而言，其質量相對較差，即不含不僅是碳，還有氫和氧，它們很可能超過總量的10%。當然，成本相對較低。這是啟蒙院士提出的最新聲明。全國產能約7000噸，但實際產量約180噸，雖然產能很高，但千噸，這取決于后續發展。如果有這么多的產品，沒有地方賣，你就不能自然地前進。這也是一個問題。

薄膜石墨烯剛剛提到了化學氣相沉積。這個問題有點復雜。在爐子里燃燒的東西通常需要催化劑?，F在銅箔是在銅箔表面生長的最廣泛使用的催化劑，如甲烷，在銅箔表面積累后，這種物質一層一層地在上面生長。銅箔表面通常生長一層比較標準的石墨烯，相對來說，質量比較高，溫度幾千度，當然成本也比較高。我國現在有幾家公司。大約有三家公司在做批量準備。我可以說，在石墨烯的制備過程中，無論是粉末石墨烯還是薄膜石墨烯，我國的規模都應該是按數量級排列的，世界上這個數量級幾乎是最大的。

我還想總結一下我國石墨烯新材料研發中存在的一些問題和挑戰，這些問題和挑戰可能并不全面，僅供參考。首先，我們確實擁有最大的石墨烯研發團隊，但在某種意義上，它比較分散。小作坊的無序發展應該是我們的特點，我剛剛就工業園區的建設發表了自己的意見。我覺得盲目和侵略性，簡單和重復，很難說這個地方和那個地方有什么區別，特別是有了石墨礦，除了石墨，我們還需要制造石墨烯和工業園區。我覺得這兩件事不完全一樣。

相對而言，我認為我們更渴望快速成功和立竿見影的利益。這一趨勢應該說是非常嚴重的，事實上，我認為我們做工業研發，做新材料，新技術，工業研發，不僅石墨烯，還有這個趨勢，只關注低端產量，而忽略了未來石墨烯產業核心技術的重點，在沖浪上。ace，我們的外國朋友熟悉石墨烯相關和納米相關的人。他們經常說中國政府在石墨烯上投資了這么多。這樣行嗎我會告訴他們我說那不是真的。我們雷雨連綿，雨滴稀少。如果我們真的很重視我們的投資，我們真的投資不多，而且有那么多人在做這件事。除了每個人以外，投資不多。

我最近一直說我們實際上在研究石墨烯。石墨烯工業的研發缺乏國家意愿和政府補貼。雖然我國工業和信息化部在布局上處于領先地位，但實際上，它的實施和推廣相對緩慢，這是我的觀點。

石墨烯材料，當我們談論石墨烯的時候，總是有一個問題，你是在談論理想石墨烯還是現實石墨烯。我經常說理想石墨烯是畫出來的，是一個完美的單晶體結構，是一個紙狀的薄東西。但實際的石墨烯是一件破衣服。每件破衣服可以是一塊水晶。這兩塊可以連在一起。所謂的邊界，你可以想象石墨烯是很強的，但是當你拉它的時候，它就可以被拉離這個邊界，我特意選了一幅這樣的畫。看看上面的圖片，如果你注意的話，它有點臟。事實上，石墨烯的表面是臟的。我最近一直在宣布這件事。明年我將集中精力討論這個問題。石墨烯的表面很臟。它真的很臟。很多人實際上忽略了它，或者根本不注意它，它不僅有缺陷，而且有各種各樣的臟東西，而且實際上很大，因此觀察到的石墨烯性質遠不理想。我經常想說的是，理想是非常完整的，現實是非常骨架的。當你和石墨烯調情時，它是理想的，但當你真正得到它時，它不是理想的。

石墨烯工業的現狀如何我真的仔細考慮過了，我的觀點不一定是正確的。根據Gartner的技術成熟度曲線，我們來粘貼石墨烯。我們知道它屬于哪個階段。2004年，這種狂熱基本上是從2004年的那篇文章開始的，并在2010年獲得了諾貝爾獎。到目前為止，我們的石墨烯只有12年，也只有12年，那么我們現在的技術發展階段是什么呢我個人認為這個階段，也就是說，我們對石墨烯的期望有點像臺灣，有點像萬金石油，而且很高。我告訴你，現在很多做基礎研究的人都退出了石墨烯，因為沒有太多的工作要做。

所以這些人在石墨烯產業的初期，付出了大量的努力，但慢慢淡出，所以真正的技術不是那么簡單，需要國家的意志，需要我們的商業眼光，無論是國家、個人還是企業都需要堅持不懈的毅力，是非常重要的?，F在很多人誤解了這種石墨烯可能會有這種感覺，但事實上，它還很遙遠，正是我們需要聯盟、國家意志和企業來促進這一點，這是非常重要的。

特別是，我想說的是石墨烯是一個物理工業，不是互聯網，不是一個簡單的賺大錢的把戲，我想大家在這里都應該注意。我一般認為未來石墨烯工業，我毫不懷疑，我相信它會是一個很大的蛋糕，但我們能切多少取決于我們是一個什么樣的蛋糕?，F在很擔心，我們做石墨烯的人很多，我們有幾百種石墨烯產品要賣，但是未來石墨烯是否真的有我們的事實，我們真的不想說實話。所以樂觀，我真的這么認為，因為石墨烯只是一種新材料，一種相對特殊的新材料，我們沒有給我們足夠的信任。到目前為止，在其他方面，很多事情我們最初都很重視，但最后不能，在這方面，我希望你應該注意這件事。

我認為，我們不僅要把重點放在今天要銷售的產品上，還要放在引領未來的核心技術上，因為只有掌握了一些核心技術，石墨烯行業的未來才有可能讓你參與到推廣中來，這一點非常重要?？纯次覀儸F在關注的是什么，我不想說。貶低我們的市場。我只是想說，我們現在關注的仍然是相對低端的東西，不管是內褲還是內褲等等，我并不想貶低這些產品。這些也是非常重要的，因為它至少會吸引人們的注意力，至少會吸引政府投資。這些都是非常重要的，但不僅僅是為了吸引人們的注意力。

那么我們應該關心什么呢現在讓我談談我自己的觀點。我想說的是，最近的準備工作決定了未來。這里，我想告訴你有關碳纖維的情況。我非常仔細地研究了碳纖維的歷史。我覺得這很有啟發性。但你們所有人都聽說并了解碳纖維。這是一項比現在更成熟的業務。我認為這對我們未來的石墨烯工業是非常有啟發的，碳纖維是日本人在1961年發明的。直到1971年，日本東麗公司才率先大規模生產聚丙烯腈基碳纖維。此外，碳纖維的批量生產是每月1噸，每年超過10噸。從1961年到1971年，當產品首次校準、貼標簽時，T300、M40等，從1971年一直到現在，45年。時間，T800、T1000，但也向前發展。碳纖維在早期做了什么他們使釣魚變干，騎自行車。目前，碳纖維可用于飛機，特別是東麗公司碳纖維的研發。這是半個世紀以來的堅持。我也知道他們在71年后開始大規模生產。據說，他們花了1400億元，1400億元，近100億元進行初步的研究和開發，一次又一次的虧損，我沒有意識到，事實上，在2003年接到波音787的訂單后，他們真的把虧損變成了利潤，行業真的開始走在了前列。在此之前，他們也以同樣的方式投資了100億元。

所以你可以想象，40年或近半個世紀來制造碳纖維，所以現在我們只有12年了，我們馬上就想用它來賺多少錢，這個想法很幼稚，我必須這么想。所以我特別愿意在這里說，最近我們應該提倡工匠精神，以后我會說，我們不應該搞MAS。運動。

讓我們看看碳纖維的市場。從2008年開始，它的碳纖維達到了45000噸?，F在，它是30萬噸的幾十倍。所以在這里，它被應用在越來越多的領域，越來越多的企業，你會看到，在這里，東麗占34%，日本的三大公司占近70%，然后其他幾家合計不到30%。你看不到中國的影子，但有多少碳纖維被消耗掉了。你在中國看到了嗎有30多家公司生產碳纖維，生產T300、T700等。我的意思是什么雖然我們有很多人這樣做，但事實上，我們在國際市場上的份額被忽視了，我們不能在高端這樣做。

我談了半天碳纖維。我只想說說石墨烯的作用。事實上，石墨烯與碳纖維非常相似。特別是在未來的發展道路上，我相信會有非常相似的參考價值。我們需要考慮一下。我們不能簡單地說它是什么樣子，如果不是東麗的堅持，很難說這種碳纖維現在能否發展成一個大生意。

所以我們說石墨烯有光明的未來，但它確實需要一個特定的企業、一個特定的組織，站起來堅持，最后真正把這個行業視為，如果不是，很難說石墨烯必須有一個未來，實際上，這是非常重要的。

從材料準備的角度來看，我認為有幾個重要的方面。最近，我想提高石墨烯的標簽。我認為這是石墨烯材料發展的唯一途徑，它的概念是什么我們現在正在做的是，無論是男性石墨烯還是女性石墨烯，都被稱為石墨烯，多少我是一個單晶。我相信在未來，一定會有一些特殊的東西，如碳纖維，如T300，T800，T1000。有一件很清楚的事情，誰能帶頭，我認為這是非常重要的，石墨烯的標簽是未來石墨烯材料制備的標準。誰能做到這一點，誰能在未來得到別人的認可，這一點非常重要。

例如，在過去的六、七年里，從2009年開始，我說抹布只是微米級的，現在它可以是厘米級、英寸級、兩英寸級和1.5英寸級，這在某種程度上顯然代表了它的性能。如果你能在未來制造出如此大的單晶體，所有的單晶體都是石墨烯，它的性能肯定會完全不同。這些需要做準備的人努力工作。說實話，這可不容易。我們每年可以生產上百萬平方米，但是它的性能，里面的情況，做它的人。家里很清楚。北京大學一直想這樣做。我有一個很大的團隊要制造帶標簽的石墨烯。這是我們設計的第二代爐。很漂亮。那我們現在能做什么呢生產能力是爐子能連續運轉，每天10小時，年產量2萬平方米，可以達到毫米級，但實際上很困難。你說厘米級是不可能的，等等。

在制備方面，我認為，尤其是在制備雄石墨烯和粉末石墨烯時，綠色制備是一個大問題，也是石墨烯的分散性問題，綠色制備的概念是什么事實上，不可否認的是，我國雖然采用還原氧化法生產石墨烯，但實際上會產生大量的污水，如果處理不當，就會污染環境，事實上，我最近一直在呼吁大家注意這一點。將來治療會很晚。從某種意義上講，它與當年的稀土相似。稀土的開采會對環境造成很大的破壞。如果石墨烯不好，這個問題也會出現。

另外，石墨烯，我們知道，是一層又一層的石墨片，事實上，這種相互作用特別容易聚集，對于粉末石墨烯，不管用什么，很重要的是要分散好它，我想我們不是很關心這一點，有多少層你可能不知道。

在這一點上，我們也在考慮其他的方法，例如，我們設計非平面石墨烯，平面石墨烯容易相互作用，非平面石墨烯會削弱這種相互作用。所以如果我直接擴大這種相互作用，我可以生長具有不同結構的石墨烯，而且質量很高，當然，更昂貴。

讓我們舉兩個例子。例如，我們使用廉價的硅藻土和長石墨烯粉末。有許多小的單位，幾十微米左右，并且有許多人盯著它看，當這些堆堆積起來時，相互作用很弱。我不用超聲波就能把它們分散開。傳導性的聲音是普通RGO的10倍以上，也就是說，在準備方面，還有很大的空間進行綠色、高性能的開采。

我想說的是，準備工作當然很重要。事實上，最重要的是要有殺手锏的應用，沒有它是不可能做到的，我想這一點應該說，它仍然是未知的，你會經常說殺手锏的應用是什么。如果我知道，我不會告訴你，我秘密地做，這是什么殺手锏的應用，我們一直在探索，例如，我們現在正在制造石墨烯玻璃，我對此非常樂觀，我現在可以。在任何玻璃上，它沒有涂層，它涂有一層或兩層石墨烯，石墨烯長大?，F在最大最好的是60厘米，而60厘米還不夠大。但要做到這一點并不容易。玻璃越大，越不均勻。有些地方是黑色的，有些地方不夠長。這是一個很大的問題，但我現在幾乎可以做到。最近，我們設計了一米左右的東西。一步一步地做是很困難的，但我們有信心做到。

什么叫超級石墨烯玻璃你可以想象我把玻璃和石墨烯結合在一起。玻璃不導電，石墨烯導電，變成導電玻璃。玻璃不導熱，石墨烯導熱，成為導電玻璃。有許多不同的屬性。它是不同的，所以你可以想象這樣的玻璃可以有許多有趣的用途，我相信。

例如，我們現在正在做的，我們正在嘗試制作智能窗口。如果你做過波音787，現在它正在做的窗戶不需要窗簾。我們的電動玻璃完全可以取代ITO玻璃，可以使用幾伏電壓，三伏電壓可以改變玻璃的顏色。我們生產防霜鏡和玻璃加熱器。現在我們把這個暖氣做成魯能家業。我們將來可以做一塊玻璃。我們可以做各種各樣的事情，制作高效的細胞培養皿。我們試著用它制作觸摸屏，盡管我們不能說它有多大的優勢。我們制作智能投影墻。有許多玻璃，包括透鏡和玻璃。許多光學板是玻璃的。在這種光學板上使用石墨烯之后，我們就有了各種光學傳感器。效果很好?，F在我們要推廣這個行業。

另一個方向是制造石墨烯纖維。我們稱之為超級石墨烯纖維。你知道什么是光纖。它們是二氧化硅和玻璃?，F在我可以在上面生長出很好的石墨烯?？勺鳛樘胤N光纖、防腐層和抗干擾層使用?？勺鳛楣饫w探測器、電光調制器等?，F在我有一個專門的團隊，這件事，高端的研發，我們充滿了期待，我們也在與光纖企業合作，做這件事。

有一種更具接地性的氣體，是第三代半導體照明技術顛覆性的解決方案，你知道LED帶來了一個非常大的產業，我國目前在這方面處于領先地位，一方面石墨烯可以用作透明電極，但更重要的是，它可以用作外延緩沖層。我們與中國科學院的半導體公司合作，這是一個很有前途的公司，你會看到氮化鎵通常生長在藍寶石的基底上。由于晶格匹配問題的存在，外延層通常不會很好地生長?，F在我們用石墨烯來減緩這種物質的生長。我們可以在無定形的基質上生長。你看到我們在石墨烯玻璃上直接在藍寶石上生長氮化物了嗎你看不出區別。一個你什么都看不見，一個很均勻，另一個像是干涸的河床上的河灘，因為時間不長，這個地區的市場很難，你可以想象，當我用便宜的時候，一定會有后續的業績會更好，這是一個非常大的行業。像這些東西，我覺得他們都沒有。他有可能成為未來的殺手锏應用程序。

我想引用楊振寧1981年寫給鄧小平的一封信來表達我的觀點。他說，中國的科學研究趨向于兩個極端，要么過于注重原理或產品的研究，而這兩種研究之間的發展研究似乎被忽視了。發展研究是一項中期投資，希望五年、十年或二十年后的成果能夠得到加強。社會生產力。這種投資是當前中國科技研究體系中一個非常脆弱的環節。我認為楊振寧30多年前的話現在完全適用了。我們變化不大，或者說基礎研究比較廣泛，不可靠，文章比較多，或者說明天就要賣的產品比較多，這正是我們未來在一些核心技術下體力不足的原因，我完全同意楊先生的觀點，其實變化不大。

北京市科委剛剛啟動石墨烯項目，歷時135年和145年。整個布局用了10年時間。因為我也參加了特別的工作，所以我的一些意見被采納了。我是專家組組長，我們的布局不一樣。我們的指導思想是，面向未來，建設國際一流的石墨烯原技術和關鍵工業化技術研發基地，我們不僅要做產品研發，還要打造未來石墨烯產業的核心競爭力，這是北汽石墨烯項目的指導思想。你們會注意到我們明年不會生產任何產品。我們將決定將來是否可以切一大塊蛋糕。這里有一個非常重要的要點。我還要向大家介紹，北京市政府積極支持北京石墨研究所的建立。我們期待著北京石墨研究所領導石墨烯工業的元素。反映國家意愿，布局未來產業是非常重要的。

我認為中國石墨烯工業需要工匠精神。這種工匠精神就是追求卓越，追求終極和毅力。這是非常重要的。我認為中國石墨烯工業尤其需要工匠精神，今年年初，在李克強總理兩會期間，政府工作報告中提到了工藝精神。我認為石墨烯工業尤其需要工藝精神。

順便說一下，因為我們說石墨、石墨礦和石墨烯在某種程度上是有聯系的，但不是完全相同的，所以它應該是中國石墨烯工業的資源優勢，我們占75%，其中72%的石墨烯是由中國供應的，但我想說的是，我們的石墨產業鏈實際上非常龐大。e、這里的空間很大，如果與石墨烯結合，對資源的整合和利用非常重要，值得我們思考和探索。

最后，我想這張照片已經用了無數次了。石墨烯是有前途的還是曇花一現的首先，我認為準備決定了未來。當你能生產出最理想的石墨烯時，你越接近理想狀態，它的應用就越廣泛?，F在很多人問我石墨烯能做什么。我說何時可以使用石墨烯?，F在石墨烯的用途可能有限，但將來石墨烯的用途可能是不可想象的，就像當年的碳纖維一樣。

其次，正如我已經說過的，我們不能滿足于石墨烯是一種神奇的油和強大的藥丸。如果我們想找到一個殺手锏應用程序，我們不能離開它。我們還在找它。石墨烯能走多遠我說過很多次了。我已經為石墨烯創造了三個前景。一種是碳纖維。它在特定領域有著非常致命的應用。我對石墨烯在航空航天領域的應用非常有信心，第二種可能性是，像塑料一樣，塑料是100多年前發明的?，F在我們離不開它。這個房間到處都是塑料制品。它為我們的人類生活提供了便利。石墨烯能做到這一點嗎我認為進入日常生活是可能的，我們的企業家在這方面在中國做了很多貢獻。

有更高的未來嗎它可能像硅芯片。我們知道，芯片幾乎改變了世界，改善了我們的人類生活和精神生活。沒有芯片，就沒有集成電路，沒有集成電路，沒有手機，沒有電腦，沒有高科技產品，石墨烯有可能實現這樣一個終極目標嗎我不認為這是不可能的。當然，當我不知道的時候，我們需要一起工作。

物質是人類文明和社會進步的階梯。從石器時代開始，其實就是一個標簽，石器時代，青銅時代，鐵器時代?，F在，如果我們想用材料來描述這個時代，可以說是硅時代。我認為在未來的幾百年里可能會有石墨烯時代。當然，我相信在我的有生之年我不希望看到石墨烯時代，但我不能說石墨烯并不重要。讓我們一起努力讓這個時代早日到來。最后，感謝我的團隊和相關部門的支持。謝謝您。

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