石墨烯只是一個騙局？產(chǎn)業(yè)商業(yè)化路漫漫

盡管石墨烯的應(yīng)用前景越來越被看好，另一種截然不同的說法也是斬釘截鐵：石墨烯在中國就是一個騙局。

2015年3月，中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院宣布推出一款名為“影馳SETTLERα”的石墨烯手機(jī)，根據(jù)當(dāng)時的宣傳，其透光率高達(dá)97%，手機(jī)充電速率提高了40%，電池壽命延長了50%，電池的能量密度也增加10%。因為和石墨烯沾邊，盡管這款手機(jī)只相當(dāng)于千元級配置，售價也得以高達(dá)2499元。

8個月過去，這款石墨烯手機(jī)盡管彼時宣布首批推出3萬臺，卻一直未在市場銷售。

但人們可以買到其他可種各樣的石墨烯產(chǎn)品。比如新三板上市公司圣泉集團(tuán)已經(jīng)在市場推出了石墨烯襪子和內(nèi)衣。根據(jù)該公司的宣傳，他們在產(chǎn)品中添加了生物質(zhì)石墨烯“內(nèi)暖”纖維，這是一種全新的智能多功能復(fù)合纖維，“具有激活免疫細(xì)胞、防護(hù)紫外線、改善微循環(huán)、抗菌抑菌、增溫增陽等特性，還可以除臭”。

根據(jù)該公司的宣傳介紹，他們將植物秸稈碳化提取石墨烯，利用石墨烯的超導(dǎo)性作為生產(chǎn)衣服的原料。他們計劃還將推出智能文胸，通過內(nèi)置感應(yīng)器測量女性胸部溫度細(xì)微變化，有效預(yù)防腫瘤及乳腺癌，還計劃應(yīng)用到軍服上——目前，這些所謂的石墨烯產(chǎn)品價格不菲，一雙襪子的價格超過50元，一條內(nèi)褲的價格接近300元，一條石墨烯腰帶的價格需近600元，而發(fā)熱服則賣到1700元以上。

“前幾年納米材料熱炒時，國內(nèi)出現(xiàn)了很多‘納米+’的概念炒作，這次‘石墨烯’也是一樣，很多石墨烯產(chǎn)品就是一個彌天騙局?！眹?63項目負(fù)責(zé)人、材料科學(xué)家、北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授其魯說。由于在新材料能源方面的貢獻(xiàn)，其魯亦被稱為我國鈷酸鋰、錳酸鋰電池正極材料的主要奠基人。

根據(jù)記者了解，石墨烯目前主要分兩種：單原子薄膜石墨烯以及石墨烯粉體。前者的制備主要是以甲烷、乙炔等含碳?xì)怏w為原料，利用化學(xué)氣相沉積的方式合成，和石墨或者秸稈沒有什么關(guān)系。

石墨烯粉體則是利用天然石墨，利用濃酸和強(qiáng)氧化劑進(jìn)行氧化，然后采用膨脹熱處理還原得到，至于從秸稈中提取的石墨烯，號稱15斤玉米芯就能提取一斤的石墨烯，在諸多業(yè)內(nèi)人士看來是聞所未聞。

除開騙局明顯的石墨烯內(nèi)褲，為多家研究所和企業(yè)熱衷研發(fā)的“石墨烯電池”、“石墨烯鋰電池”同樣被指是在撒謊。

目前，石墨烯應(yīng)用在電池領(lǐng)域的做法，一般是在鋰電池的正負(fù)極中，添加石墨烯材料?！斑@種做法顯然是誤導(dǎo)?！苯眨迦A能源互聯(lián)網(wǎng)研究員劉冠偉質(zhì)疑“石墨烯電池”的文章在網(wǎng)上熱傳。

在這篇名為《傳說中的“石墨烯電池”技術(shù)，難道是一場彌天大謊？》文章中，劉冠偉一開始就給出了明確觀點(diǎn)：

石墨烯電池”這個技術(shù)接近于不存在，石墨烯只有在理論上能夠提高充放電速率，而對于容（能）量的提升基本沒有任何幫助（期望“石墨烯電池”可以解決手機(jī)/電動汽車?yán)m(xù)航的人要失望了），其噱頭意義遠(yuǎn)大于實用價值。

劉冠偉稱，根據(jù)經(jīng)典的電化學(xué)命名法，一般智能手機(jī)使用的鋰離子電池應(yīng)該命名為“鈷酸鋰-石墨電池”。之所以稱為“鋰離子電池”，是因為鋰離子在其中起到主要作用?！皣?yán)格意義上來講，石墨烯只是在電池中做輔助作用，因此不能將應(yīng)用了石墨烯的電池，直接稱作‘石墨烯電池’?！?/p>

在劉冠偉看來，現(xiàn)在基本進(jìn)入市場的，只有石墨烯作為“導(dǎo)電添加劑”應(yīng)用到鋰電池中。但就連“添加劑”式的應(yīng)用，也頗多質(zhì)疑。

石墨烯可以做導(dǎo)電劑，促進(jìn)鋰電池快充放，理論上能提高倍率性能，但若分散工藝不到位，混料不均，一切都是空中樓閣；另外，目前物美價廉的材料很多，并不一定非要使用價格昂貴的石墨烯?！?/p>

記者注意到，劉冠偉的觀點(diǎn)，得到了張元波、其魯、復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系教授盧紅斌、哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系教授袁國輝等諸多業(yè)內(nèi)資深專家的認(rèn)同。

“到現(xiàn)在誰能拿出數(shù)據(jù)嗎？誰家做出這樣的電池了嗎？”其魯也認(rèn)為，“鋰電池的正極和負(fù)極都是層狀物的結(jié)構(gòu)，所以在一定的外界條件下，才能形成從正極到負(fù)極的遷移。而石墨烯是一個單層的碳原子環(huán)狀結(jié)構(gòu)，就是它本身的化學(xué)物理性質(zhì)決定它，不會形成鋰電池單獨(dú)的負(fù)極材料?！?/p>

很多人為此在浪費(fèi)生命？

對于業(yè)內(nèi)專家的質(zhì)疑，作為“中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”秘書長，李義春的說法是：“業(yè)界雖然有爭議，但科技創(chuàng)新，什么事情都可能發(fā)生，有些專家認(rèn)為不可能的事情，好多都實現(xiàn)了，有些專家又過于武斷，但是我們要有開放的心態(tài)?！?/p>

截至目前，無法得知青島最新研發(fā)出的“世界領(lǐng)先石墨烯鋰電池”真面目，華為方面的回復(fù)是“對石墨烯有研究，但不會這么快作為商用?！倍鳛橹锌圃荷虾９杷猁}所“石墨烯超強(qiáng)電動車電池”團(tuán)隊的負(fù)責(zé)人，黃富強(qiáng)的辯解則是“大家從不同角度會得出不同的結(jié)論，然而實質(zhì)是同一個?！?/p>

事實上，就連因為發(fā)現(xiàn)石墨烯而獲得2010年諾貝爾獎的安德烈·蓋姆，對國內(nèi)目前瘋狂熱炒的石墨烯同樣看不懂。2015年10月底，蓋姆在出席青島舉辦的一個石墨烯產(chǎn)品展示會上時，就不顧主辦方的臉色明確表示“包括石墨烯電池在內(nèi)的許多應(yīng)用產(chǎn)品目前來說也許存在炒作的嫌疑。”

在蓋姆出席會議的當(dāng)天，由中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟首發(fā)的《2015全球石墨烯產(chǎn)業(yè)研究報告》也一同發(fā)布，其顯示中國不僅2012年底研究石墨烯的論文發(fā)表數(shù)目位列全球第一，而且近三年專利數(shù)量迅升首位。

不過，蓋姆在接受中國媒體采訪時同樣不客氣地指出，許多已發(fā)表的石墨烯論文中，一半的研究會被廢棄掉。另一方面，許多專利，特別是產(chǎn)自大學(xué)的專利，其中90%并沒什么價值，99%的專利最終會作廢，維護(hù)這些專利也會花很多費(fèi)用，很多人為此在浪費(fèi)生命。

“中國雖然在石墨烯論文發(fā)表量上位居全球首位，但不少科研院所并不知道產(chǎn)業(yè)界到底要什么，科研和應(yīng)用脫節(jié)問題突出?！鼻迦A大學(xué)深圳研究生院院長、碳材料專家康飛宇公開表示。

這些質(zhì)疑，并不能讓中國石墨烯從業(yè)者的腳步有所停留。1月16日，常州西太湖科技產(chǎn)業(yè)園舉行石墨烯項目入駐簽約儀式，21個石墨烯項目集體落戶常州。常州西太湖科技產(chǎn)業(yè)園黨工委書記劉志峰表示，常州石墨烯產(chǎn)業(yè)正在向“打造一個百億規(guī)模的特色產(chǎn)業(yè)”目標(biāo)邁進(jìn)。

像常州這樣的石墨烯產(chǎn)業(yè)園在國內(nèi)已有很多。根據(jù)記者了解，在重慶、無錫、青島、唐山等地，都已形成了相當(dāng)規(guī)模的石墨烯產(chǎn)業(yè)園。而更多的石墨烯產(chǎn)業(yè)園，則有望在2016年相繼開花。

在常州，二維碳素科技有限公司一位內(nèi)部人士對記者說，他們2011年在常州成立，到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到200人的規(guī)模，2012年出品世界首個電容式石墨烯觸摸屏。最近兩年，他們還利用石墨烯薄膜的高熱輻射效率，研發(fā)一些可加熱衣物。他們研發(fā)的方向，還包括石墨烯復(fù)合材料、太陽能電池、可穿戴傳感器等。不過他承認(rèn)，這些產(chǎn)品實際上和石墨烯關(guān)系不大。

比產(chǎn)業(yè)園、科研所、大學(xué)、企業(yè)更早嘗到甜頭的是資本市場。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，滬深兩市共有60家上市公司布局石墨烯業(yè)務(wù)。2015年8月中旬，位于江蘇的德爾家居宣布投資石墨烯超級鋰電池等項目，在描繪了“年營收增28億元、年凈利潤增4.5億元”的藍(lán)圖之后，這家搭上“石墨烯電池”概念的公司，股價猶如坐上了火箭，兩個多月漲幅達(dá)158.4%。

產(chǎn)業(yè)商業(yè)化路漫漫

“現(xiàn)在國內(nèi)的石墨烯應(yīng)用，真正做石墨烯的企業(yè)其實沒有幾家，很多都是原來做石墨等碳材料的企業(yè)，甚至完全不相關(guān)的企業(yè)打著石墨烯的旗號，或者炒作股票，或者爭取國家基金，真正做石墨烯并且真正能賺錢的企業(yè)幾乎沒有?！鼻迦A大學(xué)材料學(xué)院微納力學(xué)中心教授朱宏偉說。

而在劉冠偉看來，不僅是國內(nèi)的很多石墨烯是騙局，國外項目炒作的也不少。在他那那篇質(zhì)疑石墨烯電池的文章中，劉冠偉就表示“有石墨烯電池的西班牙Graphenano公司”無論是宣稱合作的三家德國汽車企業(yè)，還是在專利局網(wǎng)站，都找不到任何有效信息。

那么，被寄予厚望的“新材料萬能之王”，為何處于如此尷尬的爭議境地？

根據(jù)記者了解，原因有三方面：一方面，無論國內(nèi)還是國外，在技術(shù)上都沒有找到獲得大面積單晶石墨烯的工業(yè)合成法，另一方面，在市場上石墨烯下游產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，對石墨烯需求最大的也僅僅是各大科研院所和實驗室，并沒有大量石墨烯投入產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營。

早在2010年，韓國成均館大學(xué)和三星公司的研究人員，就制造出由多層石墨烯和聚酯片基底組成的透明可彎曲顯示屏。當(dāng)時，論文通訊作者、成均館大學(xué)教授洪秉熙就提出，他們的方法可用于制造基于石墨烯的太陽能電池、觸摸傳感器和平板顯示器。但他當(dāng)時也承認(rèn)，大規(guī)模制造和商業(yè)化還為時尚早——5年過去，洪秉熙的方法在韓國都還是停留在三星和成均館大學(xué)的實驗室。

最后一方面，是石墨烯制備成本問題。由于無法量產(chǎn)，石墨烯制備成本也一直居高不下，成本昂貴也阻礙了下游市場的產(chǎn)業(yè)化步伐。此前石墨烯價格高達(dá)5000元/克，比黃金還貴10幾倍?！澳瞧棵膊惑@人的東西比黃金還貴，幾克石墨烯粉末就價值幾十萬元人民幣，我們坐飛機(jī)的時候都是分開幾個人進(jìn)行運(yùn)送，怕被安檢沒收?！币幻鍪┭芯康膭?chuàng)業(yè)公司曾經(jīng)如此形容。

在加拿大，Grafoid和新加坡國立大學(xué)成立了世界最大的石墨烯研究中心（NUS），并且在2014年啟動位于安大略省的全新生產(chǎn)基地，這個約占2萬平方的基地主要生產(chǎn)石墨烯粉，當(dāng)時，該公司負(fù)責(zé)人表示他們能以低廉的價格大規(guī)模生產(chǎn)高品質(zhì)的石墨烯。不過，1年多過去，這個基地并未有任何新的消息。

所以，真正阻撓石墨烯大規(guī)模應(yīng)用的，主要還是技術(shù)問題。其中低成本、大規(guī)模、高品質(zhì)石墨烯的一致性和可重復(fù)合成方法的開發(fā)，是最大的困難。

人們耳熟能詳?shù)娜な?，是安德烈·蓋姆用透明膠帶得到了石墨烯。但人們不知道的是，這種方法得到的石墨烯尺寸很小，一般在10微米-100微米之間，存在產(chǎn)率低和成本高的不足，不能滿足工業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)要求。

后來，氧化石墨還原法是制備石墨烯最常用的方法之一。但這種方法得到的主要是石墨烯粉體，而且缺陷非常多，電學(xué)、力學(xué)性能都較差，需要用濃硫酸氧化石墨，其工業(yè)上廢液的處理是一個難題。

此后，人們想到制備石墨烯未必要使用石墨，只需要設(shè)法讓碳原子結(jié)成一層薄膜?；瘜W(xué)氣相沉積法（CVD）應(yīng)運(yùn)而生，這種方法是將乙烯或乙炔等氣體導(dǎo)入到一個反應(yīng)腔內(nèi)，讓這些氣體在高溫下分解，經(jīng)過冷卻后，碳原子就沉積在基底表面形成石墨烯。雖然CVD能滿足規(guī)?；苽浯竺娣e、高質(zhì)量的石墨烯要求，但問題是，由于其成本較高和工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，限制了這種方法在石墨烯制備中的應(yīng)用。

由于制備方法上巨大的差異，石墨烯粉體和CVD薄膜之間的價格也要相差上千倍。例如1克石墨烯粉體只需要不到10元，而1平方米石墨烯薄膜要幾十元到上百元，其重量其實不到1毫克。

還有一種主要方法——溶劑剝離法。由于整個液相剝離的過程沒有在石墨烯的表面引入任何缺陷，為其在微電子學(xué)、多功能復(fù)合材料等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的應(yīng)用前景，缺點(diǎn)同樣是產(chǎn)率很低。

因此，從應(yīng)用的角度，石墨烯目前在國內(nèi)外都是在講故事的階段。“除此之外，目前石墨烯在消費(fèi)電子產(chǎn)品中的尺寸、均勻性和可靠性等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還未確定，因此石墨烯在消費(fèi)電子產(chǎn)品上的實際用途還未顯示出來?！敝旌陚フJ(rèn)為，石墨烯目前可以在實驗室中做小規(guī)模器件，但批量生產(chǎn)與集成質(zhì)量沒法保證?！捌鸫a現(xiàn)在還看不到希望?！?/p>

事實上，就連蓋姆本人，對現(xiàn)在石墨烯目前的這種商業(yè)化方式也存保留意見，蓋姆認(rèn)為石墨烯是一個引子，帶動了更廣泛二維材料的發(fā)展。但對于石墨烯來說，從物理學(xué)的角度，已經(jīng)到了一個瓶頸，未來除非有更大的突破，很難有進(jìn)一步的提升。

石墨烯發(fā)展大事記

2004年：安德烈。蓋姆和康斯坦丁。諾沃肖洛夫以簡單的膠帶機(jī)械剝離方法獲得了石墨烯。二人因此獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎。

2009年12月：日本富士通研究所宣布成功用石墨烯制作晶體管。

2010年2月：IBM開發(fā)出石墨烯FET（場效應(yīng)晶體管）。

2010年6月：三星與韓國成均館大學(xué)教授飯島澄男采用石墨烯制作出柔性透明電極。

2012年1月：江南石墨烯研究院及二維碳素等公司宣稱聯(lián)合研制成功全球首款手機(jī)用石墨烯電容觸摸屏。

2012年8月：諾基亞披露其研發(fā)部門在研究石墨烯光電傳感器。

2012年9月：索尼宣稱開發(fā)出用卷對卷工藝制造石墨烯。

2013年1月：中科院重慶研究院宣稱研制出國內(nèi)首片15英寸的單層石墨烯。

2013年5月：江蘇常州二維碳素科技有限公司稱全球最大規(guī)模石墨烯透明導(dǎo)電薄膜生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，年產(chǎn)能達(dá)3萬平方米。

2013年11月：常州第六元素材料科技股份有限公司年產(chǎn)100噸氧化石墨烯、石墨烯粉體生產(chǎn)線投產(chǎn)。

2014年4月：三星宣稱開發(fā)出在半導(dǎo)體晶圓上形成單晶石墨烯技術(shù)。

2014年7月：IBM宣布將在未來5年內(nèi)投資30億美元用于石墨烯開發(fā)。

2015年：《中國制造2025》由國務(wù)院正式頒布，再次將石墨烯作為新能源提上日程。

碳是最重要的元素之一，它有著獨(dú)特的性質(zhì)，是所有地球生命的基礎(chǔ)。純碳可以是堅硬的鉆石，也可以是柔軟的石墨。

由于這種材料是從石墨中制取的，而且包含烯類物質(zhì)的基本特征——碳原子之間的雙鍵，所以稱為石墨烯。實際上石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。層與層之間附著得很松散，容易滑動，使得石墨非常軟、容易剝落。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層石墨烯。

科學(xué)家在20世紀(jì)40年代就對類似石墨烯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行過理論研究，但在此后很長時間里，制取單層石墨烯的努力一直沒有成功，有人認(rèn)為這樣的二維材料是不可能在常溫下穩(wěn)定存在的。2004年10月，發(fā)表在美國《科學(xué)》雜志上的一篇論文推翻了這種認(rèn)知。在英國曼徹斯特大學(xué)工作的安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用普通膠帶完成了他們的“魔術(shù)”。

他們用膠帶從石墨上粘下薄片，這樣的薄片仍然包含許多層石墨烯。但反復(fù)粘上10到20次之后，薄片就變得越來越薄，最終產(chǎn)生一些單層石墨烯。這個看上去非常簡單、一點(diǎn)兒也不高科技的方法，并不是他們的首創(chuàng)。在此之前就有人試過，但沒能辨識出單層石墨烯。

海姆和諾沃肖洛夫把剝離下來的薄片放在氧化硅基板上，光的干涉效應(yīng)使薄片在顯微鏡下呈現(xiàn)彩色條紋，就像油膜在水面上產(chǎn)生的效果。利用這種效應(yīng)，他們觀察到了單層石墨烯。就這樣，第一種二維晶體材料正式出現(xiàn)了。之后，人們又制備出一些其他二維材料，例如氮化硼和二硫化鉬的二維晶體。

石墨烯對物理學(xué)基礎(chǔ)研究有著特殊意義，它使一些此前只能紙上談兵的量子效應(yīng)可以通過實驗來驗證，例如電子無視障礙、實現(xiàn)幽靈一般的穿越。但更令人感興趣的，是它那許多“極端”性質(zhì)的應(yīng)用前景。不過，這種二維的碳到底會給人類世界帶來什么樣的改變，即使是因此戴上諾貝爾獎桂冠的研究者們，也無法預(yù)知。
編輯：hfy