中国石墨烯困境:空有产能却很难卖出产品

2016-09-23  来源:复材在线  作者:复材在线  浏览次数:1952 加入收藏   |  分享

作为21世纪最具颠覆性的新材料,自诞生之日起,石墨烯就成为科技界和资本界追逐的热点,而其所承载的赞誉和争议一样多。石墨烯是由碳原子组成的只有一层原子层厚度的二维晶体,作为唯一的二维碳材料,结构的特殊性也让其在性能上呈现出...

作为21世纪最具颠覆性的新材料,自诞生之日起,石墨烯就成为科技界和资本界追逐的热点,而其所承载的赞誉和争议一样多。

石墨烯是由碳原子组成的只有一层原子层厚度的二维晶体,作为唯一的二维碳材料,结构的特殊性也让其在性能上呈现出其他碳材料所不具备的优势——强度高、韧性强、透光率高、重量轻、导电性佳、导热性优。

制造之难

在中科院上海微系统所(下称“中微所”)研究员丁古巧看来,独特的结构带来的优异性能从某种程度而言也成为石墨烯材料普及的制约因素。“从材料结构而言,单个碳原子层组成的二维材料,没办法单独使用,而石墨烯自身化学键饱和,又很难和其他材料复合。”丁古巧介绍道。

丁古巧所在的课题组从2009年就开始进行石墨烯材料的基础科学研究,不断追求更环保、更高质量、规模化的石墨烯材料制备技术,在从通常使用的强氧化技术,逐渐发展到少使用或不使用强酸强氧化剂的机械剪切剥离技术。

这种剥离工艺和英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫最初从石墨材料中分离出石墨烯的方法如出一辙,即利用每个原子层之间相对微弱的结合力,用透明胶带粘住石墨片层的两面,反复粘贴撕开,直到获得只有一层原子厚度的石墨烯。

看似简单的提取方式虽然可以获得高品质的石墨烯,但石墨烯的大小只能靠运气且很难实现量产,因为1毫米厚的石墨薄片就能剥离出300万层石墨烯。除此之外还有氧化还原法、化学气相沉积法、超声剥离法等。

“多数化学方法制备的石墨烯,并不是纯石墨烯,其实质为多层的石墨堆积,产品质量无法得到保障;化学气相沉积制备石墨烯薄膜成本高,成品率低,难以进行批量化生产。”弗若斯特沙利文全球合伙人兼大中华区总裁王昕博士告诉记者。

目前的石墨烯主要有两种形态,一种是石墨烯薄膜,一种是类似炭黑的石墨烯粉体,两者的应用方向也不尽相同。薄膜形态的石墨烯已经可以大规模生产,包括重庆墨希科技有限公司、常州二维碳素、无锡格非等公司。

但石墨烯粉体则是争议最为集中的领域。一些公司和机构将单层和多层混为一谈,将厚度远远超过10个原子层的石墨烯微片或石墨烯纳米片也称为石墨烯。“目前国内很多公司号称可以做100吨、500吨甚至上千吨,夸大成分比较大,且大部分并不是真正的石墨烯,非专业人士很难分辨清楚。”丁古巧说道。

科研和产业未有效衔接

目前我国的石墨烯生产企业已经超过百家,尤其在常州、青岛、重庆、无锡、深圳等地形成了产业集群。但与海外三星、IBM、诺基亚、英特尔、陶氏化学等大公司推动产业化应用不同,中国的石墨烯生产多集中于中小型公司,大型企业较少参与。

但推至科研角度而言,中国在石墨烯研究处于世界领先位置。根据中华人民共和国知识产权局、Wind数据库资料,2015年中国专利申请数量达7925个,居全球第一。而从专利布局来看,企业和学校总占比达80%以上,公司占比低于学校,产业化进程提速有限。

而在王昕的观察看来,“我国虽然科研人员和成果数量大,但高精尖的原始科研成果还较少,大多采用跟踪研究的方法,重大创新还比较少,研究成果还主要集中在基础研究领域,高端应用技术还相对薄弱。”

空有产能销量低迷

更为值得关注的是,应用技术突破难导致产业链下游尚未形成,很多宣称能够生产上百吨石墨烯的公司,空有产能,却很难卖出产品。

目前,国内能够规模化量产的石墨烯公司只有少数几家。记者查询了各家官网公开资料,如常州第六元素材料科技股份有限公司2013年11月,一条年产100吨氧化石墨(烯)的自动化生产线宣布投产,并预计2016年可年产1000吨粉体石墨烯,销售收入超过6亿元。

但根据2016年年中业绩报告,2016年上半年净利润为-1367.27万元,比去年同期下降38.83%。石墨烯粉体收入增加约 122.71万元,触摸传感器收入增加了322.77万元,虽然产品下游市场应用逐步打开,但销售远不及预期。而常州二维碳素材料有净利润-521.4万元,青岛华高墨烯明细利润-283.8万元。

空有产能,投入大量资金于设备、人员,却很难卖出产品,成为我国石墨烯生产的尴尬现状,由于下游需求未起,大部分石墨烯企业目前仍无法找到稳定的商业模式和盈利模式。

在石墨烯行业专家看来,虽然从2015年开始下游厂商对于石墨烯的应用积极性大幅提升,但目前市场上大部分下游企业家对于石墨烯还停留在概念上,并不清楚怎么使用。

“不少企业购进石墨烯材料等相关产品后,不针对产品特性进行加工工艺的改变。在这种情况下,石墨烯材料即使品质再高,也难以发挥其优越性,造成‘材料好、用不好’的现象屡屡出现。”王昕表示。

此外,从新材料到新产品转变的周期较长,下游企业必须确保添加石墨烯材料的产品具有稳定性。拿电池生产企业举例,一批产品约需3个月出试验结果,同款产品要做5~6批稳定性试验才能确定其稳定性,决定是否导入。

“石墨烯的成本过高、在锂电池中工艺特性不兼容等问题,使得‘石墨烯电池’这个技术接近于不存在。”王昕直言。

此外,一些企业粗制滥造生产的东西没有人要,到处忽悠,使得市场对石墨烯的认知模糊,而当不成熟的产品盲目投放到市场,会带有很大潜在风险,同样是以电池生产为例,使用安全性究竟如何仍需要不断测试。

产业化路径

在石墨烯产业化方面,国外大公司的推动力量尤为明显。以韩国为例,由于石墨烯在三星的主营业务领域均有着重大的应用前景,因此对于石墨烯的研究应用极为重视,不仅成立了自己的研发中心,还和韩国成均馆大学合作,积累了大批石墨烯相关的技术专利。

而在美国拥有IBM、英特尔、波音等大公司,有利的创业环境催生了众多小型石墨烯企业,形成了较为完整的产业链,覆盖从制备及应用研究到石墨烯产品生产,直至下游应用全环节,加速了石墨烯的产业化和应用进程,产业布局呈多元化。

在中国“企业+研发机构+孵化器+加速器”的发展模式尚在摸索起步阶段,石墨烯产业化技术路线和产业化路线及产业发展的阶段目标、重点任务、重大工程等仍需要进一步明确。

下游应用反馈到科研方面,下游应用商到底需要什么性能的产品,能够接受的价格是怎样,想要应用于哪些领域,科研机构才能更具针对性地进行研发。

“只有得到下游应用需求的支撑,石墨烯产业才能真正散发出生命力和可持续性。”王昕表示。

 

 

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