石墨烯產業化，怎樣走才對路
光明日報記者張曉華
它是目前世界上已知最薄、最堅硬、導電性導熱性最高的新型納米材料；
它是近年來耀眼的新材料之星。
擺出這兩條，你一定猜到了，它，是石墨烯。
有關它的最新消息是，清華大學深圳國際研究生院助理教授蘇陽與其合作者近日發現，用一種基於還原氧化石墨烯製備的石墨烯材料，可精準快速吸附電子垃圾中的金離子並還原為純金顆粒，進而發展出一種基於石墨烯薄膜、適合規模化生產的連續金吸附方法。由於商用氧化石墨烯的成本遠低於金價，該石墨烯材料具有大規模應用的經濟可行性，為實現金資源可持續性發展和電子垃圾回收提供了新的解決方案。
其實，對於石墨烯的關注，無非是這些，它能為我們做什麼？它真的無所不能嗎？
石墨烯是隻有一個原子層厚度的單層石墨片，理論強度是鋼的百倍，幾乎完全透明，由於其獨特的物理、化學性質，石墨烯可以想象的應用場景很多，但目前大部分仍處於研發階段，比如電子信息、能源、功能性材料、生物醫藥、節能環保、航空航天領域等。與此同時，經過10多年的發展，科研人員已經發現了多種製作石墨烯的方法，並使其進入工業生產領域。
現在的問題是，石墨烯實現產業化，怎麼走才對路？
從一公斤到幾公斤，沒有高端裝備怎麼行
“對於石墨烯的發展和產業化可謂見仁見智。”中國科學院過程工程研究所王鈺研究員説，儘管眾説紛紜，但大家有一個普遍共識：對於石墨烯產業來説，製備決定未來。
王鈺帶領團隊研發了一種高品質石墨烯製備方法，這是一種融合多物理場、多工藝環節耦合，將三維石墨塊體剝離形成二維納米材料的物理過程。
2012年，王鈺團隊耗時月餘，為國內某知名汽車企業提供一公斤石墨烯粉體材料用於試驗。為反覆驗證試驗成果，該企業提出再做幾公斤的想法，這需要用去整個團隊一整年的時間。“新材料要面向工業發展，必須突破實驗室裏的‘瓶瓶罐罐’，開發與新材料相匹配的裝備。”王鈺坦言，裝備研製不是他們的強項。
“提高壓力，反應容器就碎了。”耗時兩年、多學科專家合作研製的裝備，敗於關鍵零部件的材料缺陷。“材料與裝備如鳥之雙翼，缺一不可！”痛定思痛，王鈺團隊利用石墨烯開發出新的陶瓷材料，完成升級高壓均質機的研製，可謂“以石墨烯之矛，攻石墨烯之盾”的經典案例。今年，在“科技支寧”東西部合作機制推動下，利用王鈺團隊的工藝和裝備，寧夏某企業完成第三代高純石墨烯生產線建設，年產量達20萬噸。
“基礎決定實力，工藝決定質量，裝備決定勝負。”中國科學院院士、北京石墨烯研究院院長劉忠範認為，裝備是工藝的固化，先進的製備工藝需要新的裝備來實現，自主研發裝備也是保護知識產權的重要舉措。
石墨烯不是萬金油
石墨烯有“新材料之王”的美譽，也有“騙局”“坑王”的譭譽，其發展和應用多年來爭議不斷。那麼，實際應用中它真如理論上所説無所不能嗎？
以石墨烯塗料為例，超薄石墨烯微片可以比傳統玻璃鱗片（3～5微米）提供更好的物理屏蔽，延緩腐蝕介質的滲透，但比金屬更穩定的高導電性石墨烯會加劇金屬的電化學腐蝕，其提供的物理屏蔽效應只能滿足短期防腐需求。
作為添加劑或多功能二維納米填料，石墨烯可以賦予聚合物複合材料優異的力學、電學、熱學性能，擴展材料的應用範圍，這是國內研究和應用比較多的領域。但是無缺陷的石墨烯表現出憎水憎油特性，難以均勻分散在聚合物材料中，通常需要使用有缺陷的氧化石墨烯製備聚合物複合材料，這樣做又會損害材料的性能。
2021年，一則“8分鐘充滿80%，續航1000公里”的汽車海報，將石墨烯電池送到輿論的風口浪尖。“石墨烯能夠提高充放電速率，而對於容（能）量的提升基本沒有任何幫助，其噱頭意義大於實用價值。”清華大學材料科學與工程博士劉冠偉從理論上解釋，單純依靠石墨烯電池提高續航里程的希望十分渺茫。
以碳纖維為例，劉忠範説：“已經花了60年，還遠沒有成熟。”石墨烯從2004年在實驗室被發現，迄今只有10多年時間，無論是材料製備還是尋找“撒手鐧”級的應用，都要有十年磨一劍的耐心，要放眼未來，聚焦打造核心競爭力。
要基礎研究與應用研究兩條腿走路
截至2020年年底，我國石墨烯產業相關企業有近17000家，論文總數佔全球三分之一，專利數量佔全球總數三分之二，從研究規模和人才隊伍看，我國已屬於第一方陣。
然而，“我們的石墨烯產業更多關注具體產品，掙快錢，但它們未必是未來的主導應用”。劉忠範對當前的“石墨烯熱”表示擔心。石墨烯產業依賴於石墨烯材料本身，沒有好的材料就失去了產業的根基。“把材料做好是關鍵！”劉忠範鼓勵研究人員要有耐心和堅持，既要有原創性的基礎研究，也需要精益求精的研發和持續不斷的投入。
“在基礎研究領域要奮起直追，同時要對材料的本質有深刻理解，將材料的精妙之處發揮出來。”王鈺認為，新材料和新裝備的發展是永無止境的，針對不同的應用需求，要有精細化研究的理念和思路，做到“一把鑰匙開一把鎖”。
《光明日報》（ 2022年08月23日 10版）