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【深度】石墨烯前方的道路在何方 如何突围?

2016-02-12 05:03
棒棒书香
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  石墨烯,这个让人又爱又恨的家伙,看起来像是高大上,实际上也不过是我们平日用的“铅笔”中的几层而已。但由于热与压力的缘故,使得石墨烯在大自然无法自行生成,必须透过某些工艺来取得,这个难题这就它成为各国追捧的前沿材料。其实,进入石墨烯行业的门坎很低,每间高校的材料化学课题组都可以自行制备,但要做得好很困难,因为你根本不懂石墨烯怎么去运用在各种领域上。

  站在巨观的角度,石墨烯已经被证明有那么多优异的性质,在现今材料突破的方向发展绝对是正确的。但在微观的角度来看,先前因为石墨烯制备困难,业者认为性价比太低没有意愿参与,现在可以量产了,价格也很低,但却遇到传统氧化还原法的石墨烯物性差真正石墨烯太多。加上中国从 2006 年就有石墨烯公司成立到现在,很遗憾的多是停留在“只闻楼梯响”的阶段,前段时间还高谈 2015 年是中国石墨烯产业的爆发元年,但现在的情况还是令人失望。(见图一. 石墨烯八大物性。)

  第一部分我们来回顾中国石墨烯的发展道路。

  中国自 2009 年积极推动石墨烯产业,即便在 2013 年陆续成立了产业联盟,几年过去了还是没有太多令人惊艳的成果,让我们不禁疑虑难道石墨烯不像我们听到的那么神奇了吗?其实不然,只不过问题核心出在三个地方﹕第一,正由于制备氧化石墨烯进入门坎低所以充斥市面,但石墨烯氧化物为绝缘体,做导电、导热材料效果势必不佳﹔第二,目前台面上的石墨烯公司的领导大多都是学者出身,往往都有其专业领域但非渠道出身,为取得石墨烯材料而参考 Hummers 法改良成可量产,但这通常制约其往其他不同领域深研的机会﹔第三,错以为石墨烯为“超级材料”加进去就有效,其实石墨烯不能黏附在各类材质上,必须以高分子复材方式进行,那就要先解决界面问题,要懂得依功能需要挑选不同基材后,石墨烯的组分也不同,加上石墨烯有 600多种品项,一家公司只有氧化还原制备几种石墨烯怎么可能符合各类型应用技术来。(见图二.中国石墨烯产业化基地。)

  但吊诡的是 99% 的石墨烯厂家都采用氧化还原法,原因很简单,就是可以量产使成本大幅下降。我估算过如果在高校实验室制备石墨烯为每克 40 元,石墨烯公司生产氧化石墨为 1 元的话,还原氧化物石墨烯大概不超过 5 元。但除了应用范围受限外,更严重的问题是废酸处理成本及后续影响环境未被计算进成本,生物质石墨烯,靠谱吗?。所以我才会一直呼吁那些成立很久的石墨烯公司如果不自废武功重新来过,未来将不可能有机会改变现况的。这是石墨烯产业化无法突破的第一点。

  其次,千万不要把石墨烯当成“超级材料”,材料应用总是离不开各类机理的。加上石墨烯属于增益材料,渗滤阈值通常很低就达到很好的效果,所以在机理后要以主材质的角度去思考。我们举石墨烯导电油墨为例 (片电阻 10E0 奥姆,比 Vorbeck 还高一个数量级,成本为 1╱5),首先,要考虑涂布在何种基材?为了不脱落要选用甚么树脂? 树脂与石墨烯的界面怎么解决?要加入那些成分以达到导电网络与分散均匀? 接着还要考虑石墨烯渗滤阈值多少才能超出现有市售规格? 最后,终端成本的性价比如何? 传统石墨烯公司的思维是乱枪打鸟,就免费送呗,总会被我蒙到几个可以用的产品,但你只有一二种石墨烯材料,难怪到现在还一事无成。这是石墨烯产业化无法突破的第二点。

  最后,近年来中国各地政府大力支持石墨烯产业,从重庆、山东、江苏及广东形成几个石墨烯部落,当地政府甚至祭出补助方案,但是应用技术推广失利的恶性循环下,大部分石墨烯公司不是经营困难就是半歇业领补助。各位回想 2015 年 3 月发表的影驰手机现在在何处?那些石墨烯润滑油、枕头或体温计,我们该到哪里才买得到。我只能说这些厂家不负责任,加入石墨烯不过提升个 30~40% 就急得发表,要不是有压力,要不就是想制造话题,否则消费者根本不买单,坏的是让民众对石墨烯不再有憧憬了,那还高谈阔论石墨烯产业元年将情何以堪?这是石墨烯产业化无法突破的第三点。

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