解读石墨烯：行业的颠覆者

　　石墨烯是目前最为耀眼的前沿材料，是科技界和市场追逐的热点。在这场石墨烯的角逐中，中国科技界的表现有惊喜，更有似曾相识的不足。

　　相比美、韩，中国有其明显缺点。美国有富有活力的科研体系，高水准的成果和领军人才批量涌现;美国还有专业高效的科技风投。两相结合，成就了今日美国科创的优势。反观中国，半封闭的科研体系正在改革，科技成果的产业化正在摸索，科技工作者的考核和激励机制还未走上正途。

　　韩国基本走过了初级模仿的阶段，科研体系可以和欧美对接，可以吸纳高水准海外技术人员。同时，韩国大型企业找到了自己的科创之路，在一些关键领域展露锋芒。韩国政府在大型科研项目的组织上展现出其专业性。反观中国，科研体系还有制度性障碍，无法吸引全球性人才，官产学研还未理顺，地方政府对科技的投入还处于无序的“县域竞争”阶段。

　　不过形势也不是一片灰暗，中航已经找到了适合自己的研发模式，而且我们有基数庞大的科学家和科技企业，制度变革也正在发生着。同时，石墨烯这类颠覆性的科研命题的竞赛，注定是一场长跑，我们还有时间。

　　目前石墨烯在锂电池的应用只有百分之零点几的添加剂，没有一家企业能真正有产品推出来。

　　从没有哪个新材料有过石墨烯这样的风头，它出现在任何行业都会被视为潜在颠覆者。

　　石墨烯由单层碳原子以sp2杂化轨道组成的平面薄膜，因为只有一个原子厚，被视为二维材料，是我们三维世界中的异数。拜结构特殊之赐，石墨烯是目前最薄、强度最高、导电性能最好的材料，如果愿意，这个清单可以开列很长。由此，石墨烯在储能、集成电路等领域被寄予厚望。

　　石墨烯自问世以来一直很有热度，去年的两则新闻把这种热度推上顶峰：特斯拉CEO马斯克表示，采用了石墨烯的特斯拉汽车，很快能行驶805公里，相比目前电池能量密度增长近70%;西班牙科尔瓦多大学表示研究出首例石墨烯聚合材料电池，可使得电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟。充电一次可以跑500-600公里。

　　如果石墨烯在储能领域发挥这么大的作用，则困扰电动车的诸多瓶颈一举突破，新能源时代触手可及，将大大改写目前的能源格局，其重要性怎么强调都不为过。资本市场闻风而动，各种概念股漫天飞舞。但是，围绕这一点，争议尤为激烈。很多专业人士斥石墨烯为概念炒作，认为至少在目前，石墨烯所能发挥的作用被远远地夸大，尤其它在储能领域的作用微乎其微。

　　不过争议不妨碍对石墨烯的巨资投入，2013年欧盟委员会拿出10亿欧元研究石墨，英国已投入1.21亿英镑资助曼彻斯特大学研究石墨烯，韩国知识经济部将向石墨烯领域提供2.5亿美元的资助。在中国更是热得发烫，重庆、江苏常州、浙江宁波已经出现了规模庞大的产业园区。2012年，工信部在新材料“十二五”规划中将石墨烯列入前沿材料目录。国家自然科学基金委在2007-2013年期间资助了1096项与石墨烯有关的基础研究计划。科技部围绕石墨烯的制备、工艺、材料等方向支持了一批重大专项和科技支撑计划项目。

　　高难度的制造工艺

　　各方重金投入，除了看好其前景，也因为石墨烯是个烧钱的难题。在讨论石墨烯如何应用于电池之前，获得合格石墨烯产品是第一关。石墨烯的独特结构是把双刃剑，给它带来优异特性的同时，为其产业化带来了很多很多难点，为下游产品的制造增加了难度。

　　二维材料之前从来没有获得过，石墨烯只是科学家的一个假想，但在2004年，这个假想由英国曼彻斯特大学物理学家安德烈˙海姆和康斯坦丁˙诺沃肖洛夫实现，他们从石墨中分离出石墨烯，两人也因此获得2010年诺贝尔物理学奖，后来曼彻斯特大学的石墨烯研究项目获得了英国大笔资助。

　　他们的制造方法很巧妙，由于石墨的层状结构，每个原子层之间的结合力相对微弱。若两块石墨相互摩擦，就会有一片石墨(包含很多层)被整体剥离。这个特性给了科学家们灵感，他们想到用“透明胶法”制造二维的石墨烯：如果用足够强力的透明胶粘住石墨层的两个面，然后撕开，使之分为两片，较其本体就薄了很多，然后不断重复如上剥离，直到获得只有一层原子厚的石墨烯。这是个复杂工程，因为1毫米厚的石墨薄片能剥离出300万层石墨烯。

　　在现实操作中，他们用了光束、电子束和原子力显微镜等设备来操作，远非描述的这样简单。这一技术几乎对具有片层状结构的材料都一样适用，他们还成功剥离了氮化硼和几种二硫化物的二维晶体。