近些年來，隨著石墨烯在國內的迅速升溫，各行各業的資本市場都對這個萬能材料產生了濃厚的興趣。然而越是如此，我們也就越需要聆聽理性和專業的聲音。

中科院院士劉忠范長期從事相關的研究和產業化工作，他對石墨烯的獨到見解建立在深厚基礎上，尤其值得關注和學習。以下內容選取自劉忠范的報告《石墨烯產業科學發展之路》。

可能

石墨烯是超級材料，它有很廣闊的應用前景。有各種各樣的可能性，觸摸屏，透明的，導電，可以像ITO那樣可以做觸摸屏，可以做柔性的電子器件，光學相關的，國內做的比較多的像鋰離子電池的導電添加劑等非常多。機械性能特別好，又輕，所以說可以做防彈衣，做防彈裝甲相關的，在生物領域、生物醫學領域有諸多可能的用途。

分類

我也經常愿意開玩笑的說，我說石墨烯有兩種石墨烯，一個是男石墨烯，一個是女石墨烯，我覺得我這個發明挺好，至少很多人都記住了。男石墨烯就是粉體，你看它可能跟活性炭差不多的這種東西，那是粉體石墨烯，有很多種做法；還有一種薄膜石墨烯，用化學氣相沉積在爐子里燒出來的石墨烯。其實這兩類石墨烯它的做法不一樣，它的性質差別也非常大，用途也完全不一樣。當我們說石墨烯的時候，其實這男石墨烯和女石墨烯都非常重要。

從批量制備的角度講，粉體石墨烯一般比較簡單，想象一下就是從石墨本體出發，把它剝下來，因為一層一層通常是比較弱的，想辦法通過化學過程的處理，把它一層層剝下來。相對而言它的質量是比較差，就是里面不僅僅是碳，還有很可能超過10%的氫、氧類的東西，當然成本也相對低一點，這是一個最新的會明院士提的說法，全國的產能差不多7千噸，但實際的產量也就百八十噸左右，盡管我們產能很高數千噸。那決定于后續的開發，如果生產這么多，沒地方去賣，自然你沒法往前推進，這也是一個問題。

薄膜石墨烯剛才說了化學氣相沉積，這個問題稍稍復雜一點，在爐子里燒出來的東西一般需要催化劑，現在用的最多的是銅箔，在銅箔表面催化生長，像甲烷。在上面累積了之后，一層一層上面長出來這個東西，銅箔表面通常長出的是一層比較標準的石墨烯。相對而言質量比較高，上千度的溫度，成本當然也比較高，我們國家現在有數家公司，應該有三家左右在做批量的制備，規?？梢缘侥戤a百萬平米這個樣子。我可以這么講，在石墨烯的制備方面，不論從粉體石墨烯，還是從薄膜石墨烯，我們國家的這個規模應該說量級，全世界幾乎是最大的一個這么一個量級。

理想與現實

石墨烯材料，當我們說石墨烯的時候，其實總有你說的是理想的石墨烯還是現實的石墨烯這種問題。我經常講，理想的石墨烯是畫出來的，是一個完美的單晶結構，是一張像紙一樣的薄東西。但實際的石墨烯是一件破衣服，這破衣服的每一塊可以是一個單晶，兩塊之間連起來，所謂的叫邊界這個東西，你可以想象石墨烯可以很結實，但一拉的時候，從那個邊界就可以拽開。還有我特意選了這么一張圖，你看上面的，如果大家注意的話上面有個點，很臟，其實石墨烯的表面很臟，我一直最近在宣布這件事情，我明年會集中講這件事情，石墨烯的表面非常臟，真是非常臟，很多人其實是視而不見或者根本沒注意這個事。它不僅有缺陷，有各種臟東西，這件事情其實非常大。所以實際觀測到的石墨烯性質遠差于理想情況，我經常愿意說的是理想很豐滿，現實很骨感。當你忽悠石墨烯的時候是理想情況，但實際拿到的時候并不是這個樣子。

對比碳纖維

我最近一直愿意說制備決定未來。在這里，我跟大家說一下碳纖維，我是很認真地研究了一下碳纖維的發展歷史，我覺得非常有啟發，但是在座的各位對碳纖維都有所耳聞，有所了解，那是一個比現在成熟的行當，我覺得會很有啟發對我們未來的石墨烯產業。

碳纖維1961年是日本人叫進藤昭男發明了聚丙烯腈基的碳纖維，到1971年日本的東立公司才率先實現了量產，而且這個量產每個月一噸，一年十幾噸的樣子，1961年到1971年，那個時候產品，他們率先定標，做標號，T300，M40等等，在那之后，1971年一路到現在的話，45年的時間，走了T800、T1000，還往前在走。早年的碳纖維做什么呢，做釣魚干、做自行車，現在的碳纖維可以做飛機，尤其是東立公司碳纖維的研發，的的確確值得我們思考，這是一個半個世紀的堅持，我這個也了解了一下，他們71年開始做量產，據說是花了1400億，1400億將近100億人民幣做前期的研發，一直在虧損。我還真沒想到，實際上他們在2003年接到波音787公司的定單之后，才真正的扭虧為盈，而且這個行業才真正的帶動起來，在那之前投了100億人民幣這么一個樣子。　

我們來看看這個碳纖維的市場，從08年左右，那個時候是多少萬噸？4.5萬噸，現在的話是幾十倍，將近30萬噸。那么在這里，而且它應用的領域越來越廣，行當越來越多，你會看到在這個里面，東立公司占了34%，日本的三大公司占了將近70%，然后其他幾個加到一起不到30%。在這里你看不到中國的影子，但是中國有多少做碳纖維的呢？看到沒有，有30多家在做碳纖維，生產T300、T700等等。我說什么意思呢，我們盡管有一大堆人在做，實際上在國際市場上我們占的份額忽略不計的，高端的我們做不出來。

我講了半天碳纖維，我只想說石墨烯干什么？其實石墨烯跟碳纖維真是很像，尤其未來的發展路徑，我相信會有非常相似的借鑒的價值，需要我們去思考，我們不能簡單的說怎么樣子。如果說不是東立堅持的話，這個碳纖維能不能發展成一個現在大的行當很難說。所以我們說石墨烯很有前途，但是真正需要某一個企業，某一個組織，它站出來去堅持，最后真把這個行當做起來，如果不是這樣的話，也難說石墨烯一定有未來，在這一點其實非常重要。

標號

從材料制備的角度講，我覺得有幾點很重要，最近愿意提標號石墨烯，我認為這是石墨烯材料發展的必經之路。什么概念呢？我們現在大家在做無論是男石墨烯還是女石墨烯，都號稱是石墨烯，我是單晶多少多少。我相信未來的時候，一定有特定像碳纖維那個樣子，T300、T800、T1000這種東西出來，有一個明確的東西，誰能占住這個先機我認為非常重要。標號石墨烯這件事情我認為將來必定是石墨烯材料制備的一個標準，將來誰能做出來，誰能夠被別人承認，這點非常重要。

舉這個薄膜的例子，在過去六七年來，2009年開始，那個時候我說那件破衣服只是微米級的，現在已經能做到厘米級，最多可以做到英寸級，兩英寸，1.5英寸這個樣子。那么這個顯然會一部分一種程度的代表了它這個性能，如果將來你能做這么大一塊單晶，全是石墨烯單晶的話，肯定它的性能完全不一樣，這些需要做制備的人下工夫，老實講這個還遠，真沒那么容易，我們可以年產百萬平米，但它的性能，里面的情況，做的人大家非常清楚。北京大學在這一點上我們一直非常希望做到這一點，我有一個非常大的團隊做標號石墨烯，這是我們設計的第二代的爐子，挺漂亮這個爐子。那我們現在能做到什么樣子呢，產能是一臺爐子可以連續不停地轉的話，每天10個小時，年產2萬平米的樣子。這里面差不多可以達到毫米級，但實際上也很難，你說做厘米級的根本做不到，等等。

粉體

在制備方面，我是覺得，尤其像男石墨烯，粉體石墨烯的制備方面，綠色化制備是一個很大的問題，還有石墨烯的可分散性問題。綠色制備是什么概念呢？其實不可否認的是，盡管我們國家在還原氧化法做石墨烯本體，實際上它會制造大量的污水，如果說我們處理不好的話，會污染環境。這方面實際上我最近一直呼吁，應該引起大家的重視，將來治理就晚了，從某種意義上有點像當年的稀土，稀土開采的時候都是帶來了，伴隨著大量的環境的破壞，那石墨烯弄不好的話也會出現這種問題。

還有一個，石墨烯我們知道，它是一層一層的石墨片，實際上這個相互作用特別容易聚起來，對于粉體石墨烯，無論做任何用途，把它很好的分散其實非常重要，我認為這一點大家關注的還不是非常多，做出來多少層可能你自己都不清楚。

這一點我們也在琢磨別的路子，比如我們去設計非平面的石墨烯，平面的石墨烯容易發生相互作用，非平面就可以減弱這種相互作用。那么這種相互作用我直接去長，就可以長各種不同結構的石墨烯，而且質量非常高，當然比較貴。

舉兩個例子，比方說我們用便宜的硅藻土，上面長石墨烯粉體，這樣的粉體上面可以看到有很多小單元，幾十個微米左右，上面很多眼。這些堆起來的時候相互作用比較弱，我輕輕的一晃都不用超聲就可以把它分散開，導電聲那是正常的rgo的10倍以上這個樣子。也就是說在制備方面，綠色化、高性能還有很多空間可以去挖掘。

應用

我想說的是，制備當然是重要，其實最重要的是要有殺手锏級的應用，離開它不行的這種應用。我覺得這點應該說現在還是未知數，大家經常會說殺手锏的應用究竟是什么？假如我知道的話我肯定不告訴你，我偷偷的去做，是不是？究竟什么是它的殺手锏級的應用，我們一直在探索，舉一個我們的例子，我們現在在做石墨烯玻璃，我對這個非?？春?，我現在可以在任意玻璃上，不是涂上去，是長上去一兩層石墨烯，長出來這個石墨烯，現在做得最大的、最好的就是60厘米，60厘米還不大，但是能做到這個樣子就很不容易了，因為越大越不均勻，有的地方黑黑的，有的地方還沒長上，這是個非常大的問題。但是我現在基本上半米左右見方的我差不多能做，最近我們又設計了一臺差不多有一米左右的東西這樣的去做，一步一步很難，但是我們有信心去做。

什么叫超級石墨烯玻璃呢？你可以想象，我把玻璃跟石墨烯結合起來，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，變成導熱玻璃，有很多的性能完全不同，它不一樣，所以這樣的玻璃你可以想象，我相信，可以有很多好玩的用途。

比方說我們現在在做的，我們現在做的各種嘗試，做智能窗，大家做過波音787的話，它現在做的窗子不用窗簾，我們這個電玻璃完全可以替代ITO玻璃去做，而且幾伏電壓就可以，三伏電壓就改變它的顏色。我們做防霜霧鏡，做玻璃的暖氣加熱片，我們現在像綠能嘉業做這個加熱化，我們將來一塊玻璃就可以，做各種各樣的東西，做高效的細胞培養皿。我們用它嘗試做觸摸屏，盡管也談不上它有多大的優勢可以去做，我們做智能投影墻，玻璃有很多，包括透鏡也是玻璃，很多光學片都是玻璃，我們在利用這個光學片上面長石墨烯之后，就是各種各樣光學傳感器，效果非常好，我們現在正在往產業去推進這方面的技術。

還有更接地氣的東西，第三代半導體照明技術的顛覆性解決方案，大家知道LED帶來了一個非常大的產業，我們國家現在是主導這方面的事情。一方面石墨烯有可能做透明電極，其實更重要的是它可以做外延緩沖層，我們跟中科院半導體合作，這方面有非常大的前景。你會看到通常情況下，是在藍寶石襯底上去長氮化鎵，那么由于晶格的匹配問題，外延生長的時候通常長不好，現在我們通過石墨烯來減緩了這個東西，我們可以在非晶上面去長，你看到沒有，我們在石墨烯玻璃上長氮化物，和在藍寶石上直接長大，你看它的差別，一個你什么都看不到，一個它是非常均勻，一個看到的是像河灘的干燥的河床一樣，因為它長不好，這方面的市場非常難，你可以想象，當我用我的又便宜，它后續肯定是性能會更好，這是一個非常大的產業。像這些東西，我覺得都有可能成為未來的殺手锏級的應用。

另一個方向是做石墨烯光纖，我們叫超級石墨烯光纖，大家知道光纖是什么呢？光纖就是二氧化硅，也是玻璃，我現在可以在這個上面長非常好的石墨烯，它可以做特種光纖，耐腐蝕、抗干擾一層就行，可以做光纖探測器，電光調制器等等，我現在有個團隊專門在做這個東西，高端的研發，我們充滿期待，我們也在跟光纖企業在合作，在做這件事情。

前途

最后我想還是這張圖，已經用了無數次這張片子，石墨烯究竟是前途無量還是曇花一現，首先我還是認為，制備決定未來。當你能夠制備出真正理想的最好的石墨烯，越接近理想情況的時候，它的應用面就會越廣?，F在很多人問我說石墨烯究竟能干什么用？我說看什么時候的石墨烯，現在的石墨烯可能用途還有限，但是未來的石墨烯它的用途可能是你想像不到，就像當年的碳纖維一樣。

第二點，我已經說過了，我們不能滿足于石墨烯是萬金油、大力丸，要找到殺手锏級的應用，離開它不行，大家還在找。那石墨烯究竟還能走多遠，這個我也說了很多次了，我給石墨烯設定了三種前途，一個是碳纖維的前途，在特定的領域有非常殺手锏級的應用，在航空航天領域，石墨烯能不能做到這一點？我高度相信能做到。第二種可能，像塑料那樣，一百多年前發明了塑料，現在我們是離不開它，這個屋里到處都有塑料，它給我們人類生活提供了便利。石墨烯有沒有可能做到這一點？我認為是可能的，走進日常的生活。中國在這一點，我們的企業家在這方面做了很多貢獻。

那還有沒有更高大上的前途呢？也有可能像硅芯片這個樣子，我們知道芯片幾乎改變了世界，提升了我們人類生活、精神生活，沒有芯片就沒有集成電路，沒有集成電路就沒有手機，就沒有我們的計算機，沒有任何高科技的產品。石墨烯有沒有可能達到這么個終極目標呢？我覺得不是沒有可能，當然什么時候我不知道，需要大家共同努力。

材料是人類文明和社會進步的階梯，從石器時代，其實它是一個標簽，石器時代、青銅器時代、鐵器時代，現在如果說我們要用材料來描述這個時代的話，可以說是硅時代，未來幾百年之后有沒有可能有石墨烯時代呢？我覺得或許有可能。當然我相信，在我的有生之年我估計見不著石墨烯時代，但不能說石墨烯不重要。讓我們共同努力，一起努力，讓這個時代早點到來，最后感謝我的團隊和相關部門支持，謝謝。

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